煙塵監(jiān)測中儀器的使用及問題分析

由洋

(鞍山市環(huán)境監(jiān)測中心站,遼寧 鞍山 114004)

1 引言

3012H型自動煙塵(氣)采樣儀是對各種燃煤鍋爐、工業(yè)爐窯的煙塵排放濃度、排放量、煙氣成份、煙氣流速、靜壓、動壓、煙溫、含濕量、標(biāo)干煙氣排放量進(jìn)行測定的新型專業(yè)化儀器。雖然已經(jīng)有各種監(jiān)測方法標(biāo)準(zhǔn),但在實(shí)際監(jiān)測過程中還存在一些問題,有儀器本身的影響,也有環(huán)境對儀器造成的影響、錯誤操作和保養(yǎng)不到位對儀器造成損害、工況控制等問題。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對儀器使用和遇到的問題作初步分析和探討。

2 3012H型煙塵測試儀的使用方法

3012H儀器采用皮托管等速采樣重量法捕集管道中顆粒物,應(yīng)用定電位電解法定性定量測定有害氣體。可供環(huán)保、衛(wèi)生、勞動、安監(jiān)、軍事、科研、教育等部門用于各種鍋爐、爐窯煙塵(氣)的排放濃度/總量及設(shè)備除塵脫硫效率的測定。

2.1 檢查與校準(zhǔn)

檢查干燥劑的顏色,看其顏色是否變成粉紅色。若已變色,旋開干燥筒底蓋,將已變色干燥劑倒到指定器皿中存放,再加入約3/4體積的具有充分干燥能力的變色硅膠(顆粒狀),然后將干燥筒蓋旋緊即可;檢查儀器功能的操作順序?yàn)榇_認(rèn)電源為220V后,接通電源線,面板開關(guān)指示燈亮,打開電源開關(guān),工作指示燈亮,檢查顯示器、鍵盤、采樣泵等是否正常。

2.2 連接管路

連接取樣管與主機(jī),將主機(jī)面板上的兩個“P”接嘴與取樣管上的“皮托管接嘴”相連:皮托管面向氣流方向的接嘴連接到“+”端,背向氣流方向的接嘴連接到“-”端。將緩沖器的一個接嘴用橡膠管與面板上標(biāo)有“煙塵”的接嘴相連;另一接嘴與干燥筒的一個接嘴相連;干燥筒的另一個接嘴與煙塵取樣管的氣路接嘴相連。

2.3 儀器操作

(1)設(shè)置參數(shù),輸入日期、時間、大氣壓等。

(2)設(shè)置點(diǎn)位,先選擇圓形或者矩形煙道,圓形煙道輸入直徑、分環(huán)數(shù)及測孔外端距煙道內(nèi)壁距離L后,顯示每一測點(diǎn)距套管外端距離,然后在煙塵采樣管上標(biāo)記此距離;矩形煙道輸入煙道邊長、測孔外端距煙道內(nèi)壁距離L、測孔數(shù)及單孔測點(diǎn)數(shù)后,顯示每一測點(diǎn)距套管外端距離(單位m),然后在煙塵采樣管上標(biāo)記此距離。

(3)測量工況,首先是自動調(diào)零,此時必須注意皮托管接嘴須懸空。當(dāng)上面3個數(shù)值回到零且比較穩(wěn)定時,調(diào)零完畢;然后測量煙氣溫度,可選擇測量或者輸入煙氣溫度;最后是預(yù)測流速,當(dāng)流速穩(wěn)定時,通過給出該煙道的平均動壓、靜壓、全壓、預(yù)測的煙氣流速、預(yù)測的煙氣流量及按國標(biāo)選擇的合適采樣嘴。放入濾筒,進(jìn)行自動跟蹤采樣。輸入濾筒編號和采樣時間,開始采樣。

(4)測量煙氣時,由于傳感器存在零點(diǎn)漂移,建議您每次測量煙氣時進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)時須用新鮮空氣。校準(zhǔn)后可進(jìn)行煙氣測量,當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定時方可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

3 監(jiān)測過程中常見的問題及排除方法

3.1 采樣環(huán)境造成的影響

采集煙氣的采樣管和采氣管沒有安裝保溫、加熱裝置,除濕效果不好。為了防止采集的氣體在管路內(nèi)冷凝,避免被測氣體溶于水而產(chǎn)生誤差,采樣管應(yīng)裝載加熱裝置(加熱溫度應(yīng)高于120℃),并使加熱保溫的采樣管和采氣管經(jīng)多級除濕后再進(jìn)入檢測系統(tǒng)。但3012H型采樣儀的煙氣采樣管卻無加熱、除濕裝置,采氣管長且無保溫裝置,在對二氧化硫等煙氣測定中經(jīng)常出現(xiàn)溶解損失。在煙氣成份測定中,儀器應(yīng)當(dāng)增加預(yù)熱裝置,并且盡可能縮短連結(jié)管路。

3.2 儀器造成的影響

目前,3012H煙塵監(jiān)測儀器的基本原理是基于皮托管平行測速采樣法[1],由儀器內(nèi)部計算出顆粒物等速采樣流量,并由儀器通過改變泵的抽力自動跟蹤調(diào)節(jié)采樣流量來實(shí)現(xiàn)等速采樣的,在很大程度上提高了采樣精度。但是,儀器測定煙氣流速的準(zhǔn)確度還很不夠,表現(xiàn)為煙道氣動壓較低時,讀數(shù)與實(shí)際值相差較大。當(dāng)煙氣動壓小于1 Pa時,監(jiān)測儀器可能出現(xiàn)動壓讀數(shù)持續(xù)為零,無法啟動采樣泵,給等速采樣造成困難,出現(xiàn)上述情況時,一般只能通過預(yù)設(shè)流量來采樣,這樣會造成較大程度的誤差。煙道氣中含氧量的測定是煙塵監(jiān)測的重要環(huán)節(jié),儀器測定含氧量的誤差很大程度上影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性。

(1)煙氣成份測定后清洗不完全。傳感器容易受氟等有毒氣體污染,使二氧化硫傳感器直接“中毒”損壞,縮短使用壽命。

(2)不及時更換塵過濾器內(nèi)濾料和干燥筒內(nèi)的硅膠。由于儀器工作環(huán)境相對惡劣,加上長時間的使用,過濾器易被堵塞或污染物直接進(jìn)入儀器內(nèi)部管路,從而影響儀器使用壽命和泵的抽力。

(3)儀器長期不標(biāo)定,傳感器靈敏度隨著時間的推移不斷降低。

為了避免以上影響監(jiān)測準(zhǔn)確性的情況發(fā)生,得到準(zhǔn)確測量值。我們應(yīng)該提前做好儀器的校準(zhǔn)和檢定工作,定期校驗(yàn)傳感器靈敏程度,必須定期標(biāo)定零點(diǎn)及量程。檢查并及時更換塵過濾器內(nèi)濾料和干燥筒內(nèi)的硅膠,保證儀器的良好工作狀況。定期校檢采樣煙槍及各種采樣配件,同時煙塵測量用的S型皮托管也需定期標(biāo)定,發(fā)現(xiàn)問題及時更換。采樣過程中,由專人監(jiān)視儀器,發(fā)現(xiàn)異常,及時尋找原因,排除故障。另外,采樣前打開采樣孔后,應(yīng)注意清除孔中的積灰。煙塵采樣管和含氧量采樣管插入采樣孔后,用蓋板和石棉手套等堵嚴(yán)孔縫。煙氣動壓很小,需預(yù)設(shè)流量采樣時,應(yīng)盡可能選擇合適的流量。采樣結(jié)束時,煙道氣若為負(fù)壓,必須采取防倒吸措施。儀器使用完畢后要等候儀器將有害氣體排出干凈后再關(guān)機(jī)下點(diǎn),避免污染傳感器。

3.3 生產(chǎn)工況的影響

在廢氣監(jiān)測開始之前,首先要確認(rèn)現(xiàn)場生產(chǎn)工況是否滿足監(jiān)測要求,有些企業(yè)考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)系到企業(yè)及個人的利益,有時會采取低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),如果監(jiān)督不夠,就會導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差,而又無法找到其中原因,所以應(yīng)該注意這點(diǎn),這也關(guān)系到是否能取得具有代表性、準(zhǔn)確性和有效性的監(jiān)測數(shù)據(jù)。廢氣排放濃度和總量大多是隨著生產(chǎn)負(fù)荷的上升而快速上升的。對于生產(chǎn)工況的要求,普通性質(zhì)廢氣監(jiān)測生產(chǎn)工況達(dá)到正常工作狀態(tài)即可,而環(huán)保竣工驗(yàn)收監(jiān)測規(guī)定生產(chǎn)負(fù)荷要達(dá)到75%以上。

生產(chǎn)負(fù)荷的確定,主要從設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷、產(chǎn)品產(chǎn)量負(fù)荷、原料和能源使用量等方面控制。廢氣的濃度測試最好與熱工測試同時進(jìn)行,除一少部分特殊測試外,這一點(diǎn)很少能做到。這種情況下,在監(jiān)測現(xiàn)場如果有控制運(yùn)行負(fù)荷的設(shè)備,則要工作人員將設(shè)備調(diào)至符合監(jiān)測規(guī)定的狀態(tài)下進(jìn)行測試。但現(xiàn)有的大部分中小鍋爐沒有配備相關(guān)裝置,控制其運(yùn)行負(fù)荷實(shí)際上比較困難,可通過掌握生產(chǎn)工藝設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)來間接推定生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷。這時候現(xiàn)場記錄出入口溫度、壓力、風(fēng)量和燃料單位時間用量等參數(shù),再根據(jù)公式理論計算其大概負(fù)荷,并與額定工況或正常工況時的參數(shù)比較,可作為輔助手段,簡單判斷生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行工況。同時還可以監(jiān)控生產(chǎn)工段和整個工廠的原料、能源使用量和產(chǎn)品產(chǎn)量,從源頭上掌握各工段和全工廠的生產(chǎn)工況。對于鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷,亦有一些較好的控制方法,如蒸汽流量法、梁水箱法、水表法、燃料控制法。廢氣監(jiān)測現(xiàn)場工作人員對要監(jiān)測的設(shè)備應(yīng)事先有所了解,掌握其基本參數(shù),對監(jiān)測結(jié)果也應(yīng)有所估計,對監(jiān)測狀態(tài)和有效性作出基本判斷,發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場及時補(bǔ)測,避免事后重測帶來不必要的麻煩。

3.4 采樣點(diǎn)位的選取及測孔的影響

空氣和廢氣監(jiān)測質(zhì)量保證技術(shù)規(guī)定,采樣位置應(yīng)優(yōu)選垂直管段[2]。應(yīng)避開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。空氣和廢氣監(jiān)測質(zhì)量保證技術(shù)規(guī)定6中又補(bǔ)充了對確有困難的管道,采樣位置設(shè)置在不少于1.5倍直徑處。并增加監(jiān)測斷面的點(diǎn)數(shù),采樣斷面的氣流最好在5 m/s以上。在實(shí)際工作中,絕大多數(shù)監(jiān)測條件無法滿足上述要求,只能降低條件開設(shè)采樣孔,保證采樣工作的順利進(jìn)行。尤其是一些小的窯爐(如退火爐、加熱爐等),在其磚砌的煙囪上開孔監(jiān)測時,雖然監(jiān)測斷面的設(shè)置達(dá)到上述要求,但實(shí)測時的動壓偏小、流速偏低、含氧量偏高,監(jiān)測結(jié)果誤差較大。對于廢氣排量較小的污染源,在磚砌煙囪上開設(shè)采樣孔的方法是不可取的,如果采樣條件不允許,可適當(dāng)放寬監(jiān)測斷面距管道中的上游或下游的彎頭、變徑管等部件的距離要求,但同時必須相應(yīng)增加監(jiān)測斷面上的測點(diǎn)。空氣和廢氣監(jiān)測分析方法6中規(guī)定,為取得有代表性的樣品,要盡可能將采樣位置放在煙囪或地面管道氣流平穩(wěn)的管段中。實(shí)際上,設(shè)置采樣位置時,在符合規(guī)范要求的基礎(chǔ)上,還應(yīng)注意以下情況。

(1)濕法除塵器。要將采樣位置設(shè)在垂直管段,且盡可能遠(yuǎn)離除塵器,以防止?jié)穹ǔ龎m器中的污水隨著煙氣進(jìn)入采樣器,堵塞采樣嘴,污染監(jiān)測探頭。

(2)干法除塵器。要優(yōu)先考慮將采樣位置設(shè)在引風(fēng)機(jī)與除塵器之間的負(fù)壓管段上。主要防止引風(fēng)機(jī)及風(fēng)門調(diào)節(jié)裝置處漏風(fēng),加大空氣過剩系數(shù)。在實(shí)際預(yù)測流速和等速采樣過程中還發(fā)現(xiàn),在采樣斷面同一采樣直徑線上,靠近測孔半幅測點(diǎn)的流速,普遍小于遠(yuǎn)離測孔半幅對稱測點(diǎn)的流速,據(jù)實(shí)測統(tǒng)計,平均流速相差10%左右,而靠近測孔的第一個點(diǎn)相差更大。原因是受到測孔和采樣管的影響,氣流在測孔附近形成局部渦流,氣流紊亂,流速不穩(wěn)。此情況在風(fēng)速、截面積相對較小的斷面更為明顯。因此可把測點(diǎn)選擇在遠(yuǎn)離測孔的半幅,測雙倍時間來消除測孔對監(jiān)測結(jié)果的影響。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,靠近測孔的半幅測點(diǎn)的平均流速約比另半幅測點(diǎn)的平均流速小10%～15%,測孔對等速采樣的影響不可忽視。特別是在采樣直徑線上靠近測孔的第一個測點(diǎn),由于受測孔影響較大,氣流很不穩(wěn)定,采樣誤差較大。最好取消這一點(diǎn),在另半幅的相應(yīng)點(diǎn)位測試雙倍時間來代替,以減少測孔對采樣的影響。在一些大型設(shè)備上,出入口煙道測試位置直徑很大,煙塵采樣槍夠不到遠(yuǎn)離測孔的另半幅測點(diǎn),只測靠近測孔的半幅點(diǎn)位對煙氣流量有一定誤差,在實(shí)際工作中,根據(jù)有關(guān)資料在靠近測孔的0.141倍直徑處測試一點(diǎn)也是一個辦法,此辦法也可以用在氣流比較平穩(wěn),煙塵濃度較大,只能短時間測試不便按測點(diǎn)移動采樣槍的固定源測試中。

在現(xiàn)場采集煙塵樣品時,往往用毛巾堵塞采樣孔。但毛巾不易堵緊,在負(fù)壓管道中,其邊角易被吸入并擾亂氣流使采樣誤差增大,在高溫采樣中還容易引起起火燃燒。因此最后選用適當(dāng)物品堵塞采樣孔,避免上述問題發(fā)生。

3.5 濾筒增重的影響

在采集煙塵樣品時,應(yīng)注意濾筒集塵情況,若集塵太少,濾筒增重少將造成較大的稱量相對誤差,應(yīng)延長采樣時間以收集更多的煙塵;若集塵太多,則增加采樣阻力,造成較大的采樣誤差,同時在運(yùn)輸和稱量過程中煙塵容易從濾筒中漏出,此時應(yīng)縮短采樣時間[3]。

3.6 煙道積塵的影響

在一些煙塵濃度較大的平煙道中,由于高濃度煙塵長時間受重力作用影響,大量沉積于煙道底部。在現(xiàn)場采樣時,按方法規(guī)定應(yīng)清除積塵,否則,測得的煙道截面積大于煙道內(nèi)的實(shí)際面積,使測量的煙氣流量偏大,吹起的積塵影響采樣環(huán)境,使煙塵濃度產(chǎn)生誤差。但在實(shí)際工作中很難做到這點(diǎn),因此應(yīng)考慮及積塵帶來的影響。

4 結(jié)語

固定污染源的煙塵采樣方法是比較固定的,有一些監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)需要在日常的煙塵監(jiān)測中逐漸積累。煙塵現(xiàn)場監(jiān)測中存在的幾方面問題大部分都是現(xiàn)場環(huán)境及人為造成的,所以在監(jiān)測過程中,一定要加強(qiáng)監(jiān)督管理,嚴(yán)格監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳遞與審核制度,在不斷的實(shí)踐中提高監(jiān)測人緣的技術(shù)素質(zhì),增加監(jiān)測數(shù)據(jù)的精密型、準(zhǔn)確性和可靠性,從而更好的完成煙塵監(jiān)測任務(wù)。

[1]國家環(huán)境保護(hù)局.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2003.

[2]國家環(huán)境保護(hù)局.HJ/T373-2007固定污染源監(jiān)測質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2007.

[3]國家環(huán)境保護(hù)局.HJ/T397-2007固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.