一固定污染源監(jiān)測基本概念以煙道氣的監(jiān)測為例說明固定污染源廢氣的測定

1、固定污染源監(jiān)測、固定污染源監(jiān)測基本概念以煙道氣的監(jiān)測為例說明固定污染源廢氣的測定。基本概念(1) 煙道氣監(jiān)測內(nèi)容煙塵：濃度、排放量煙氣組分：(氮、氧、二氧化碳、水蒸氣、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、硫化氫等)濃度、排放量廢氣：排放量(2) 基本參數(shù)監(jiān)測方法規(guī)定，以除去水蒸氣后標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣為基準(zhǔn)表示煙氣的測定結(jié)果。因此，計算有害物質(zhì)排放濃度和廢氣排放量時，需要采用氣體狀態(tài)方程式將待測氣體體 積換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0°C、101.3kPa或760mmHg )的干氣體體積表示。完成換算需測定以下基本參數(shù)：煙氣的溫度、煙氣的壓力、煙氣的平均流速、煙氣的 體積；同時應(yīng)測定煙氣中的含濕量，煙

2、氣除去水蒸氣為干氣體。(3) 米樣系統(tǒng)煙道氣監(jiān)測采樣系統(tǒng)由采樣裝置、收集裝置、冷凝和干燥裝置、流量測量和控制裝置、 采樣動力裝置等組成。此外還配有測量狀態(tài)參數(shù)的裝置，如壓力、溫度和濕度測量裝 置。(4) 注意事項由于煙道內(nèi)同一斷面上各點的煙塵濃度和氣流速度的分布是不均勻的，因此測定煙塵濃度和氣流流速時，必須按照一定的原則進行多點采樣。采樣點的位置和數(shù)目主要根 據(jù)煙道斷面的形狀、大小和流速分布情況確定。、固定污染源采樣點的位置和數(shù)目確定原則固定污染源采樣點采樣點的位置和數(shù)目設(shè)置，主要取決于煙道的走向、形狀、截面積 大小等，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T16157 1996固定污染源排氣中顆粒物的測定與氣態(tài)污染

3、 物采樣方法規(guī)定了固定污染源中顆粒物的采樣、測定、計算方法和固定污染源中氣 態(tài)污染物的采樣方法。 顆粒物：顆粒物是指燃料燃燒、合成、分解以及各種物料在機械處理中所產(chǎn)生的懸 浮于排放氣體中的固體和液體顆粒狀物質(zhì)； 氣態(tài)污染物：氣態(tài)污染物是指以氣體狀態(tài)分散在排放氣體中的各種污染物； 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干排氣：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干排氣是指在溫度為273K、壓力為101300Pa條件下不含水分的排氣。(2) 采樣位置采樣位置應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段，應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。采樣位置 應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于 6倍直徑，和距上述部件上游方向不 小于3倍直徑處。對于矩形橫截面，可用當(dāng)量直徑確

4、定采樣位置。當(dāng)量直徑根據(jù)下式 計算：式中：L 煙道矩形橫截面長度；W煙道矩形橫截面寬度。（3）米樣斷面上米樣點的確定煙道內(nèi)同一斷面上各點的氣流速度和煙塵濃度分布通常是不均勻的，因此，要獲取具有代表性的樣品，必須按照一定原則進行多點采樣。采樣點的位置和數(shù)目主要根據(jù)煙 道斷面的形狀、尺寸大小和流速分布情況確定。 圓形煙道：首先將煙道的采樣斷面分成適當(dāng)數(shù)量的等面積同心圓環(huán)，然后在選定的 米樣斷面上設(shè)兩個相互垂直的直徑線，各米樣點設(shè)在各環(huán)等面積中心線與呈垂直相交 的兩條直徑線的交點上，其中一條直線應(yīng)在預(yù)期濃度變化最大的平面內(nèi)。采樣孔應(yīng)設(shè) 在包括各采樣點在內(nèi)的互相垂直的直徑線上。原則上采樣點數(shù)目不超過2

5、0個。如果采樣斷面上流速分布比較均勻，可設(shè)一個采樣 孑L,采樣點數(shù)減半。當(dāng)煙道斷面直徑小于 0.3m，且流速均勻時，可取斷面中心作為 米樣點； 矩形（或方形）煙道：將煙道斷面分成一定數(shù)目的等面積矩形小塊，各小塊中心即為采樣點位置，小矩形的數(shù)目可根據(jù)煙道斷面的面積，按照表6-10所列數(shù)據(jù)確定。每個斷面上的采樣點數(shù)目原則上不超過 20個。當(dāng)煙道斷面面積為0.1m2，流速分布比 較均勻，可取斷面中心為采樣點。矩形（或方形）煙道的采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各采樣點在 內(nèi)的延長線上。 拱形煙道：這種煙道的上部為半圓形，下部為矩形，故可分別按圓形和矩形煙道的 布點方法確定采樣點的位置及數(shù)目。在滿足測壓管和采樣管可以

6、達到各采樣點位置的情況下， 要盡可能少開采樣孔。采樣 孔的直徑為5070mm。當(dāng)采集有毒或高溫?zé)煔?，且采樣點處煙氣呈正壓時，采樣孔 應(yīng)設(shè)置防噴裝置；當(dāng)采樣點處煙氣呈負(fù)壓時，應(yīng)保證采樣孔密封?；緟?shù)測定煙氣的體積、溫度和壓力是煙氣的基本狀態(tài)常數(shù)，也是計算煙氣流速、煙塵及有害物 質(zhì)濃度的依據(jù)。其中，煙氣體積由米樣流量和米樣時間的乘積求得，而米樣流量由米 樣點煙道斷面積乘以煙氣流速得到，流速又由煙氣壓力和溫度計算求出。三、固定污染源基本參數(shù)的測定煙氣的體積、溫度和壓力是煙氣的基本狀態(tài)常數(shù)，也是計算煙氣流速、煙塵及有害物 質(zhì)濃度的依據(jù)。其中，煙氣體積由米樣流量和米樣時間的乘積求得，而米樣流量由米 樣

7、點煙道斷面積乘以煙氣流速得到，流速又由煙氣壓力和溫度計算求出。（1）溫度測量儀器主要是玻璃水銀溫度計和熱電溫度計。 玻璃水銀溫度計適用于直徑小、溫度不高的煙道。測量時，溫度計放入煙道中心部 位，待讀數(shù)穩(wěn)定不變時，開始讀數(shù)。切不可將溫度計抽出煙道外讀數(shù)，以免產(chǎn)生誤差。 熱電溫度計適用于直徑大、溫度高的煙道。 熱電溫度計測溫原理是將兩根不同的金 屬線連成閉合回路，當(dāng)兩接點（冷端接點和熱端焊接點）處于不同溫度環(huán)境時，便產(chǎn) 生熱電勢。兩接點溫差越大，熱電勢越大。熱電偶冷端接點溫度保持恒定，稱為自由 端，熱端焊接點稱為測量端或工作端，其電勢差由毫伏計測出以溫度值表示。使用熱電溫度計時，首先將兩個接頭分別

8、接到測溫毫伏計的?！?、兩個接線柱上，打開短路鎖，將熱電偶頭部擦拭干凈，插到煙道中心部位，待指針讀數(shù)穩(wěn)定時再讀數(shù)。 如果使用帶有冷端自動補償?shù)臄?shù)顯溫度計， 其讀數(shù)即為實際煙氣溫度。如沒有自動溫 度補償裝置，測前將毫伏計指針調(diào)至零刻度，測得的煙氣溫度再加上環(huán)境溫度，才是 煙氣的實際溫度。根據(jù)需測溫度的高低，選用不同材料的熱電偶。測量800 C以下的煙氣用鎳鉻-康銅熱 電偶；測量1300 C以下煙氣用鎳鉻-鎳鋁熱電偶；測量1600 C以下的煙氣用鉑-鉑銠 熱電偶。（2）壓力煙氣的壓力分靜壓（Ps）、動壓（Pv）和全壓（Pt）。靜壓是單位體積氣體所具有的勢能， 動壓是單位體積氣體具有的動能，全壓是氣體

9、在管道中流動具有的總能量，即靜壓 和動壓之和。煙氣壓力測量裝置包括皮托管和壓力計。 皮托管：常用皮托管分標(biāo)準(zhǔn)皮托管和 S形皮托管兩種。標(biāo)準(zhǔn)皮托管：它是一根彎成90°的雙層金屬同心圓管，其開口端與內(nèi)管相通，用來 測量全壓；外管的管口封閉，外管的測壓小孔開在外管壁面四周（靠近管頭處）， 用來測量靜壓。標(biāo)準(zhǔn)皮托管具有較高的精度，其校正系數(shù)近似等于1，不需校正。但標(biāo)準(zhǔn)皮托管的測孔很小，如果煙氣中煙塵濃度大，易被堵塞，因此只適用于在較 清潔的煙道內(nèi)使用，或用來校準(zhǔn)其他類型的皮托管和流量測量裝置。S形皮托管：它由兩根相同的金屬臂并聯(lián)組成，測量端為兩個大小相等、方向相反 的開口。測量煙氣壓力時，一

10、個開口面向氣流，測定氣流的全壓；另一個開口背向 氣流，測定氣流的靜壓。由于氣體繞流的影響，測得的靜壓比氣流實際靜壓值小， 因此，在使用前必須用標(biāo)準(zhǔn)皮托管進行校正。S形皮托管開口較大，減少了被塵粒堵塞的可能性，適用于測煙塵含量較高的煙氣。 壓力計：常用的壓力計有 U形壓力計和斜臂式微壓計。U形壓力計是一個內(nèi)裝工作液體的 U形玻璃管.通常根據(jù)被測壓力的大小分別選用 水、乙醇或汞作為工作液體，壓力計與皮托管相連，測得壓力（P）用下式計算：P=p ?g?h式中：p作液體的密度，kg / m3 ；g重力加速度，m / s2 ；h兩液面咼度差，m。上式壓力的單位為Pa，但在實際工作中，常用毫米液柱表示壓力

11、。斜臂式微壓計。斜管將讀數(shù)放大，便于微小壓差的測量。測壓時，將微壓計容器開 口與測壓系統(tǒng)中壓力較高的一端相連，斜管與壓力較低的一端相連，作用在兩個液 面上的壓力差使液柱沿斜管上升，測得壓力（P）按下式計算： 式中：L斜管內(nèi)液柱長度，m;a- 4臂與水平面夾角，度；f斜管截面積，mm2 ；F容器截面積，mm2 ；p 作液密度，kg / m3。 測定方法：先按規(guī)定調(diào)試儀器，然后將皮托管與壓力計連接，把測壓管的測壓口放置在煙道內(nèi)測點上，并對準(zhǔn)氣流方向，從U形壓力計上讀出液面差，或從斜管微壓計上讀出斜管液柱長度，按相應(yīng)公式計算測得壓力。（3）流速和流量的計算 各測點煙氣流速的計算測出煙氣的溫度、壓力等

12、參數(shù)后，根據(jù)流體力學(xué)基本原理的推導(dǎo)，得出各測點的煙 氣流速計算式如下。在煙塵測試中，如果壓力單位用 mmH2O柱表示時，各測點的煙氣流速可用下式計式中：Vs煙氣流速，m/s ；Hd煙氣動壓，mmH20 ;丫因氣重度，kg / m3;g重力加速度，9.81m/s2 ;R煙氣氣體常數(shù)，295.9J/(kg?K);Ts 煙氣絕對溫度，K;P 煙氣絕對壓力，Pa。如果壓力單位用Pa表示時，各測點的煙氣流速可用下式計算： 式中：Kp皮托管校正系數(shù)；Pd 煙氣動壓，Pa;ts 煙氣測點溫度，C。如果壓力單位以mmHg柱表示時，各測點的煙氣流速可用下式計算： 式中：Hd 煙氣動壓，mmHg。 煙道斷面煙氣平

13、均流速的計算：煙道斷面上各采樣點煙氣平均流速計算式如下： 式中： 一一煙氣平均流速，m / s；v1、v2、vn斷面上各測點煙氣流速，m/s； n測點數(shù)。 煙氣流量的計算：測量狀態(tài)下煙氣流量按下式計算：Qs=3600 *S式中：Qs煙氣流量，m3/h ;四、固定污染源含濕量的測定煙氣中水分含量的測定方法有重量法、冷凝法和干濕球溫度計法。煙氣含濕量一般 以煙氣中水蒸氣的體積百分含量表示。(1) 重量法從煙道采樣點取一定體積的煙氣，使之通過裝有吸濕劑的吸收管，煙氣中的水蒸氣 被吸濕劑吸收，測定煙氣通過吸收管前后吸收管增加的質(zhì)量，計算單位體積煙氣中 水蒸氣的含量。常用的吸濕劑有氯化鈣、氧化鈣、硅膠、

14、氧化鋁、五氧化二磷、過氯酸鎂等。 煙氣中的含濕量按下式計算：式中：XW煙氣中水蒸氣的體積百分含量；GW 吸濕管采樣后增重，g；Vd 測量狀態(tài)下抽取干煙氣體積，L ；tr流量計前煙氣溫度，°C；Pa 大氣壓力，kPa ；Pr流量計前煙氣表壓，kPa ；1.24標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1g水蒸氣的體積，L。(2) 冷凝法從煙道采樣點取一定體積的煙氣，使之通過冷凝器，測定煙氣通過冷凝器前后所得 到的冷凝水的質(zhì)量；同時測定通過冷凝器后煙氣的溫度，查出該溫度下氣體的飽和 蒸氣壓，計算出從冷凝器出口排出煙氣中的含水量。冷凝水質(zhì)量與冷凝器出口排出 煙氣中的含水量之和即為煙氣中水蒸氣的含量。煙氣中的含濕量按下式計

15、算：式中：GW冷凝器中的冷凝水量，g;Vs 測量狀態(tài)下抽取煙氣的體積，L;PZ冷凝器出口煙氣中飽和水蒸氣壓(kPa)，可根據(jù)冷凝器出口氣體溫度(tr)查 表得知。(3) 干濕球濕度計法干濕球濕度計是由兩支完全相同的溫度計組成，其中一支溫度計的球(溫包)用一 浸入水的棉織物包住，使它經(jīng)常處于潤濕狀態(tài)，稱為濕球溫度計；另一支為干球溫 度計。煙氣中的含濕量按下式計算：式中：Pbv溫度為Tb時的飽和水蒸氣壓力，mmHg ;Tc 干球溫度，C；Tb 濕球溫度，C；Pb通過濕球溫度計表面的氣體壓力，mmHg ;Ps測點處煙氣的靜壓，mmHg ;Pa大氣壓力，mmHg。五、固定污染源煙塵濃度的測定(1) 測

16、定原理抽取一定體積的含塵煙氣，使之通過一個已知質(zhì)量濾塵裝置，煙氣中的煙塵被阻留 在濾塵裝置的濾料上，稱量濾塵裝置的質(zhì)量，根據(jù)濾塵裝置采樣前后的質(zhì)量差，求 出單位體積煙氣中的含塵量。(2) 注意事項煙道內(nèi)粉塵濃度的分布是不均勻的，為了測出具有代表性的含塵濃度，監(jiān)測時必須 注意：多點采樣求平均值確定煙塵濃度；采樣必須采用等速采樣法。(3) 等速采樣法控制煙氣進入采樣嘴的速度(vn)與采樣點煙氣流速(vs)相等時進行采樣，這種方法稱 為等速采樣法。等速采樣法可以避免 vn大于或小于vs時產(chǎn)生的測定誤差。當(dāng)采樣 速度(vn)大于采樣點的煙氣流速(vs)時，處于采樣管邊緣的一些大顆粒，由于本身的 慣性作

17、用，不能隨改變了方向的氣流進入采樣管，使采樣所得的濃度低于實際濃度， 導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。當(dāng)采樣速度(vn)小于采樣點煙氣流速(vs)時，情況正好相反，處 于采樣管邊緣的一些大顆粒，本應(yīng)隨流線繞過采樣管，但由于慣性作用，繼續(xù)按原 來的方向前進，進入采樣管內(nèi)，使采樣所得的濃度高于實際濃度，測定結(jié)果偏高； 只有vn= vs時，氣體和塵粒才會按照它們在采樣點的實際比例進入采樣嘴，采集的煙氣樣品中煙塵濃度與煙氣實際濃度相同。(4) 保證等速采樣的措施等速采樣時維持等速的方法很多，有預(yù)測流速法、平行采樣法、等速管法等。 預(yù)測流速法這種方法是在采樣前測出煙道斷面上各測點的流速，然后根據(jù)各測點氣流速度及采 樣

18、嘴進口直徑，計算出各點的采樣流量，采用流量計控制流量進行采樣。 平行采樣法該方法是將S形皮托管、測溫裝置和采樣管固定在一起插入采樣點處，將測量的煙 氣溫度、壓力等有關(guān)參數(shù)輸入計算機，計算出等速采樣的流量。平行采樣法適用于 煙氣工況不太穩(wěn)定的情況，采樣時可根據(jù)溫度、壓力變化情況，隨時調(diào)節(jié)采樣流量， 維持等速采樣，減小由于煙氣流速改變帶來的采樣誤差。 等速管法(或壓力平衡法)這種方法用特制的壓力平衡型等速采樣管進行采樣，采樣管分為動壓平衡型等速采 樣管和靜壓平衡型等速采樣管。例如，動壓平衡型等速采樣管是利用裝置在采樣管 上的孔板測速裝置產(chǎn)生的壓差與皮托管測出的動壓相等來實現(xiàn)等速采樣。該方法不 需要

19、預(yù)先測出煙氣流速、狀態(tài)參數(shù)和計算等速采樣流量，僅通過調(diào)節(jié)測速裝置的壓 差即可進行等速采樣，不但操作簡便，而且能跟蹤煙氣速度變化，隨時保持等速采 樣條件。(5) 移動采樣和定點采樣 移動米樣為測定煙道斷面上煙氣中煙塵的平均濃度，用同一個塵粒捕集器在已確定的各采樣 點上移動采樣，在各點的采樣時間相同，這是目前普遍采用的方法。 定點采樣為了解煙道內(nèi)煙塵的分布狀況和確定煙塵的平均濃度，分別在斷面上每個采樣點采 樣，即每個采樣點采集一個樣品。煙塵中有害組分的測定采用適當(dāng)?shù)姆椒▽V塵裝置阻留下來的煙塵進行預(yù)處理，將被測組分浸取出來，制 成溶液，再根據(jù)不同組分的測定方法分別進行測定。例如：煙氣中的硫酸霧和鉻

20、酸霧的測定，將濾塵裝置濾筒上的煙塵用水浸取后，采 用偶氮胂川容量法測硫酸霧，采用二苯碳酰二肼分光光度法測鉻酸霧。煙塵用酸浸 溶后，采用雙硫腙分光光度法測鉛，采用原子吸收分光光度法測鈹。(7)煙塵濃度的計算 移動采樣時煙塵濃度用下式計算： 式中：C煙塵濃度，mg/m3 ;g1、g2分別為采樣前、后濾筒質(zhì)量，g; Vnd標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的米樣體積，L。 定點采樣時煙塵濃度用下式計算： 式中：C煙塵濃度，mg/m3 ;C1、C2、Cn各測點煙塵濃度，mg/m3 ;Q1、Q2、Qn各測點采樣體積，m3。六、固定污染源煙氣組分的測定煙氣組分分為主要氣體組分(N2、02、CO2、水蒸氣)和有害氣體組分(CO、N

21、Ox、 硫氧化物、H2S等)。(1) 米樣由于氣態(tài)、蒸氣態(tài)分子在煙道內(nèi)分布均勻，采樣不需要多點采樣，煙道內(nèi)任何一點 的氣樣都具有代表性。采樣時可取靠近煙道中心的一點作為采樣點。與大氣相比，煙道氣的溫度高、濕度大、煙塵及有害氣體濃度大并具有腐蝕性。煙 氣采樣裝置需設(shè)置煙塵過濾器(在采樣管頭部安裝阻擋塵粒的濾料)、保溫和加熱 裝置(防止煙氣中的水分在采樣管中冷凝，使待測污染物溶于水中產(chǎn)生誤差)、除 濕器。為防止腐蝕，采樣管多采用不銹鋼制作。(2) 煙氣主要氣體組分的測定煙氣中的N2、02、C02、CO等主要組分可采用奧氏氣體吸收儀或其它儀器進行測奧氏氣體吸收法的基本原理采用不同的氣體吸收液對煙氣中

22、的不同組分進行吸收，根據(jù)吸收前后煙氣體積的變 化，計算待測組分的含量。氣體吸收a. 二氧化碳：二氧化碳是酸性氣體，可被氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液吸收。通過測量 吸收前后氣體體積的差值，可測定 C02的含量。但是H2S和S02也能被堿性吸收 劑吸收，應(yīng)預(yù)先消除，以免干擾 C02的測定。CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O CO2+2KOH=K2CO3+H2Ob. 氧氣：焦性沒食子酸（鄰苯三酚）的堿性溶液可吸收氧氣，生成六氧基聯(lián)苯鉀，據(jù) 此測定氣體中O2含量。首先焦性沒食子酸在堿性溶液中生成焦性沒食子酸鉀。C6H3（OH）3+3KOH = C6H3（OK）3+3H2O焦性沒食子酸鉀與氧氣發(fā)生反應(yīng)，吸收氧氣。其反應(yīng)式如下：c. 一氧化碳：一氧化碳采用氯化亞銅的氨性溶液吸收。該吸收劑還能吸收