固定污染源排气监测中采样质量保证的探讨
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作者: 文凤伟 樊纪芹 赵永志
固定污染源排气监测质量保证是整个排气监测过程的垒面质量管理,其目的是取得准确可靠的监测数据,使采集的样品具有代表性、完整性;分析的数据具有精密性、准确性和可靠性,为大气质量管理与评价提供依据,为社会提供公正数据。
1、采样方法质量保证
1.1 采样位置的选择。在测定排气流量和采集烟尘样品时,为了取得有代表性的样品,尽可能将采样位置选择在烟囱或地面管道气流比较平稳,排气成分和尘粒浓度较为均匀的管段中。距弯头、阀门和其它变径管段下游方向大于6倍直径处,或在其上游方向3倍直径处。对于特殊监测现场应根据空间位置、管道布局的实际情况,选择比较适宜的管段采样,但采样段面与弯头的距离至少是烟道直径的1.5倍,并适当增加测点数量。其次,在有引风机的地方尽可能选择远离引风机的断面,因为突然的气流变化会导致测试结果失真。再次,在水平烟道和垂直烟道的情况下,要考虑尘粒的重力沉降作用,较大尘粒有偏离流线向下运动的趋势,水平烟道中的尘粒浓度不如垂直烟道均匀,故测点应优先选择烟道垂直位置。
当测定排气流量和采集尘粒样品时,分别按照圆形、矩形和拱形烟道的形状、尺寸大小和流速分布均匀情况,将烟道断面划分为适当测量的同心等面积圆环或等面积方块,断面内测点的位置和数目,根据采样点布置原则确定。在同一断面进行多点测定,才能取得较为准确的数据。
1.2 采样方式的选择。烟尘的采样必须遵循等速原则,即含尘排气进入采样嘴的抽气流速必须与烟道内该点流速等速。烟尘的采样方式分为预测流速法、平行采样法、等速采样法三种。预测流速法操作过程复杂,计算繁琐,所需时间长,在烟道流速变化时必须重新计算,调整采样流速。特别是在烟道流速波动大时,采样精度无法保证。仅适用于排气流速比较稳定的固定污染源监测。平行采样法不需要预先测定流速,可以在采样的同时跟踪排气流速的变化,调整采样流量,操作简便,但当烟尘浓度较大时,测压孔易被堵塞,在3,Om/s以下流速使用时,误差较大,最好能在采样断面的流速大于5.0m/s以上进行采样。
2、排气有关参数测定的质量保证
2.1 排气温度测定。用玻璃水银温度计(或热电偶温度计)测定排气温度时,将温度计球部(或热电偶工作端)放在烟道中心位置,一般停留时间不少于5min,待温度稳定不变后再读数,而不能把它抽出烟道外读数,以免产生较大的误差。另外测定时将采样孔用布或回丝堵住,防止环境温度对排气温度产生影响。
2.2 排气含湿量测定。排气含湿量测定方法有重量法、冷凝法和干湿球法。目前普遍采用(GSC-I型测湿计)干湿球法测定,该法具有操作简便、快速特点。
测定时将采样管插人烟道中心,使排气通过滤筒或玻璃棉过滤器,除去尘粒,然后以(15-20)L/rain速度流过干湿球温度计,湿球温度上升比较缓慢,在达到某一平衡值后则稍微停顿一下,稳定后读数,记下干湿球温度和湿球表面的相对压力,计算排气含湿量。
当排气温度较低或含湿量较大时,采样管应先预热(5-10)min后再进行采样。以免排气到达湿球温度计前水汽冷凝而产生误差,影响排气含湿量及等速采样流量计算结果,使采样体积产生偏差。所以,采样管的加热温度视季节不同而异,冬季应高些,夏季可低些,以不出现结露现象为原则(一般排气在干球上达到70℃即不会结露)。采样管与干球一侧相连接的硅胶管,一般为(100-200)mm即可。
2.3 排气压力测定。
排气压力常用皮托管(标准型、s型)或压力计(U型压力计、倾斜式微压计)来测定。根据测定烟道气体的实际压力情况选用仪器。
测定前将仪器调整水平位置,检查液体内有无气泡,并将液面调至零点;然后测定动压、静压和全压。用橡皮管将皮托管与压力计相连接。皮托管嘴要对准或垂直于气流方向,其偏差不大于5°。每次测定重复三次,取平均值。
2.4 排气过量空气系数测定。过量空气系数(亦称过剩空气系数)用符号“α”表示,是实际空气量与理论空气量的比值。α越大,炉腔的氧气越多,燃烧越充分。但是,氧气量太多会使炉腔温度降低,同时也降低燃烧效果,排烟的热损也会增加,使锅炉的热效率降低,烟气量增加,燃气所携带的烟尘量也随之增加。一般来说,α在1.8以下,对锅炉运行最佳。故国家在《锅炉大气污染物排放标准》(GBl3271-2001)、工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078-1996)中规定的理论过量空气系数,工业锅炉出口α为1.8、进口α为1.7;工业炉窑α为1.7。
排气中过量空气系数测定采用奥氏气体分析仪或氧分析仪。奥氏气体分析仪是一种经典分析方法,但操作麻烦,仪器易损坏,而氧分析仪操作简便,现场测定直接取得监测数据,了解燃烧工况及管路和除尘系统漏气的实际情况,为及时采取改进措施提供依据。测定含氧量时一定要把采样孔堵严,防止外界空气漏入烟道内使过量空气系数产生偏差。在实际运行中,导致α偏大甚至高达5-10,从而影响烟尘折算浓度。影响因素有如下几点:
(1)设备状况不佳,运行水平低,实测炉排燃烧面积小,大量冷空气从炉排窜入炉腔。
(2)锅炉尾部烟道或除尘器本身漏风。
(3)测定过程中,由于测孔堵塞不严。
(4)在负压烟道中,大量的外界空气被吸入。
3、烟尘监测质量保证
3.1 工况的选择。根据烟尘测试方法标准,锅炉烟尘排放浓度的测试应在锅炉热工况稳定后运行。所谓热工况稳定是指炉墙、钢结构等部件的吸热达到饱和稳定状态。
烟尘采样前必须深入现场,了解锅炉、炉窑使用的燃料、燃烧方式、燃炉工况和除尘装置。测定烟尘时,生产设备应处于正常运转状态下,因生产过程而引起排放情况变化的污染源,应根据变化的特点和周期进行系统的测定,以得到可靠的数据。当测试锅炉烟尘排放浓度时,运行负荷不能低于80%,对于手烧锅-炉测定时间不得小于2个加煤周期。
3.2 烟尘捕集过程的质量保证。在选择好测点后,为确保采集质量,须做到以下几点:
(1)检查烟尘采样仪器性能,气路系统是否漏气,干燥器中硅胶是否失效,仪表指针是否在零点等,发现问题及时处理。
(2)根据各测点排气状态参数、流速和选用的采样嘴直径,计算出各点的等速采样流量。采样方法有移动采样和定点采样两种,目前普遍采用移动采样法。
(3)为了取得有代表性的烟尘样品,需等速采样,即气体进入采样嘴的速度与采样点的排气速度相等,其相对误差应在5%-+10%以内。采样速度大于或小于采样点的排气速度都将使采样结果产生偏差。
(4)将已称重的滤筒装入采样管内,并把选定的采样嘴装在采样管上插入烟道第一个采样处。使采样嘴对准排气流动方向,其偏差不得大于5°。然后开动抽气泵,迅速调节第一点等速采样流量,第一点采样后,立即将采样嘴移至第二点,同时迅速调节第二点所需的采样流量,依次类推,每点采样时间应相等。采样期间,由于尘粒在滤筒上逐渐聚集,阻力会不断增加,需随时调节流量。每次采样至少采3个样品,取平均值。采样总体积>1m3。
(5)每次采样结束,将采样嘴背向气流方向,切断采样器电源,避免由于烟道负压引起倒吸尘粒。取出采样管时不要倒置,以免尘粒倒出,用镊子取出滤筒,小心尘粒损失,放入专用盒中保存,带回实验室称重。
(6)为保证采集样品的质量,采样结束时,应再测试一次采样点的流速,与采样前的流速相比较,如相差>20%,则样品作废,应重新取样。
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