梁衍魁

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鍋爐煙塵監(jiān)測(cè)的采樣細(xì)節(jié)探討及質(zhì)量控制

梁衍魁

福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)站

結(jié)合多年的監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)鍋爐煙塵監(jiān)測(cè)各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和對(duì)采樣過(guò)程異常情況的分析處理，達(dá)到鍋爐煙塵監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制。

鍋爐 煙塵采樣 質(zhì)量控制

工業(yè)鍋爐煙塵是影響我國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染源之一，治理和控制煙塵的排放勢(shì)在必行。因此，應(yīng)加強(qiáng)煙塵的監(jiān)測(cè)分析，及時(shí)準(zhǔn)確地提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為鍋爐的運(yùn)行及除塵系統(tǒng)、煙塵在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)比對(duì)提供可靠的依據(jù)，促使煙塵達(dá)標(biāo)排放和排放總量的要求，為環(huán)境保護(hù)行政主管部門驗(yàn)收及日常環(huán)境管理提供技術(shù)依據(jù)。

煙塵監(jiān)測(cè)儀器從最早的預(yù)測(cè)流速法采樣，到靜壓平衡、動(dòng)壓平衡法采樣，至今已發(fā)展到自動(dòng)跟蹤采樣及煙塵在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，使得煙塵監(jiān)測(cè)逐漸步入規(guī)范、準(zhǔn)確和自動(dòng)化的軌道。但是，無(wú)論是以過(guò)去落后的方法進(jìn)行采樣，還是現(xiàn)在的自動(dòng)跟蹤采樣，都需要過(guò)硬的采樣技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)監(jiān)測(cè)必須具備一定的專業(yè)技術(shù)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初學(xué)者不易全面掌握，結(jié)合10多年的監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文針對(duì)影響鍋爐煙塵監(jiān)測(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，為煙塵監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。

1 測(cè)孔位置與測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

1.1 測(cè)孔位置與測(cè)點(diǎn)設(shè)置的基本原則

在煙塵監(jiān)測(cè)中，選擇采樣斷面、開(kāi)設(shè)采樣孔的選擇會(huì)直接影響到煙塵監(jiān)測(cè)結(jié)果。

采樣位置應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段，應(yīng)避開(kāi)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倍直徑處，和距上述部件上游方向不小于3倍直徑處。對(duì)矩形煙道，其當(dāng)量直徑 D=2AB/(A+B)，式中 A、B為邊長(zhǎng)[1]。采樣斷面的氣流速度最好在 5m/s 以上。但是，在實(shí)際的監(jiān)測(cè)中采樣斷面并不都是理想的。有時(shí)還需要考慮到采樣安全、采樣人員所處的工作環(huán)境、勞動(dòng)強(qiáng)度等問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，從而確定采樣斷面?？蛇x擇比較適宜的管段采樣，但采樣斷面與彎頭等的距離至少是煙道直徑的1.5倍，并應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和采樣頻次。

1.2 不規(guī)則煙道測(cè)孔位置與測(cè)點(diǎn)的基本設(shè)置

不規(guī)則煙道定義：凡滿足不了《規(guī)范》測(cè)點(diǎn)位置要求的煙道統(tǒng)稱為不規(guī)則煙道，或者指達(dá)不到 “理想狀態(tài)”要求的煙道。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中，遇到的煙道往往會(huì)是不規(guī)則的，例如：采樣斷面與彎頭等的距離小于煙道直徑的1.5倍的不規(guī)則矩形煙道、斜管煙道，解決辦法是：

對(duì)于圓形管道應(yīng)增加與第一測(cè)孔成直角的第二測(cè)孔，使得總測(cè)點(diǎn)數(shù)增加。

對(duì)不規(guī)則矩形煙道增加若干等面積小矩形塊，小矩形塊的面積小于0.05m2，這樣增加了總的測(cè)點(diǎn)數(shù)。在實(shí)際中，煙道氣流往往是不穩(wěn)定的，可根據(jù)每小塊矩形面積上的壓力、溫度確定等速采樣嘴及等速采樣流量。

斜管煙道等測(cè)孔位置及測(cè)點(diǎn)應(yīng)遵循不規(guī)則圓形管道或不規(guī)則矩形煙道的布點(diǎn)原則。

總之，對(duì)不規(guī)則煙道測(cè)孔位置與測(cè)點(diǎn)的設(shè)置盡可能適當(dāng)增加測(cè)孔和測(cè)點(diǎn)數(shù)。

1.3 測(cè)孔、測(cè)點(diǎn)的設(shè)置注意事項(xiàng)

開(kāi)采樣孔的基本原則：在選定的測(cè)定位置上開(kāi)設(shè)采樣孔，采樣孔的內(nèi)徑應(yīng)不小于80mm,采樣孔管長(zhǎng)應(yīng)不大于50mm。不使用時(shí)用蓋板、管堵或管帽封閉。對(duì)圓形煙道，采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各測(cè)點(diǎn)在內(nèi)的互相垂直的直徑線上。對(duì)矩形或方形煙道，采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各測(cè)點(diǎn)在內(nèi)的延長(zhǎng)線上。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中，對(duì)于測(cè)孔、測(cè)點(diǎn)設(shè)置需注意以下事項(xiàng)：

（1）煙道直徑過(guò)大時(shí)，煙氣流速會(huì)低于5m/s，一般儀器是不適合的，這時(shí)要注意開(kāi)孔的位置。

（2）濕式除塵器后的測(cè)孔位置應(yīng)放在煙道擋水板較遠(yuǎn)地方，防止煙氣中水滴進(jìn)入采樣管。

（3）當(dāng)測(cè)孔在水平煙道上時(shí)，要注意水平煙道底部容易有較大顆粒的煙塵堆積層。

2 采樣時(shí)間、采樣嘴的選擇

每個(gè)測(cè)定斷面采樣次數(shù)不得少于3次，每個(gè)測(cè)點(diǎn)連續(xù)采樣時(shí)間不得少于3min[2]，但每臺(tái)鍋爐測(cè)定時(shí)所采集樣品累計(jì)的總采氣量不得少于1m3，自動(dòng)采樣儀一般具有選嘴功能，但是利用儀器選嘴需要占用一定的時(shí)間，在實(shí)際工作中可以憑經(jīng)驗(yàn)人為判斷煙氣流速來(lái)確定采樣嘴大小，從而節(jié)約時(shí)間。采樣嘴大小的選擇原則是“高流速小采樣嘴，低流速大采樣嘴。”如果在高流速的煙道中采樣時(shí)使用大的采樣嘴，會(huì)產(chǎn)生等速跟蹤精度差問(wèn)題，甚至導(dǎo)致采樣泵負(fù)荷過(guò)高而損壞；相反，在低流速的煙道中采樣時(shí)使用小的采樣嘴，會(huì)使采樣流量太小而不能抽取足夠的采樣體積，降低測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此，采樣嘴選擇后盡量使采樣流量變化范圍在20~40L／min為宜。

3 三種特殊情況下的采樣

在引風(fēng)機(jī)后找不到可以使用的采樣斷面時(shí)，而在引風(fēng)機(jī)前能夠找到比較適合的采樣斷面。在引風(fēng)機(jī)前的斷面處進(jìn)行煙塵采樣，一些蒸發(fā)量較大的鍋爐，由于強(qiáng)勁的引風(fēng)在煙道內(nèi)形成很高的負(fù)壓，有些可以達(dá)到-2000Pa以上。在采樣結(jié)束抽氣停止后，如果沒(méi)有及時(shí)將采樣管從煙道中取出，在煙道負(fù)壓的作用下，濾筒中的塵粒就會(huì)被部分倒吸入煙道中。因此，采樣斷面位于引風(fēng)機(jī)前的采樣應(yīng)這樣操作：將采樣管插入煙道中，對(duì)距離采樣孔最遠(yuǎn)的采樣點(diǎn)最先進(jìn)行采樣，然后逐點(diǎn)向外直至最近的一個(gè)采樣點(diǎn)，采樣結(jié)束的同時(shí)迅速封閉采樣氣路，從煙道中快速取出采樣管。

同樣是受到采樣現(xiàn)場(chǎng)條件限制的影響，而把采樣孔開(kāi)設(shè)在水平煙道的上部，采樣時(shí)需要采樣管頭部朝下插入煙道才能進(jìn)行。采樣結(jié)束停止抽氣后，濾筒中粒徑較大的塵粒在重力作用下會(huì)向下墜落，造成誤差?？梢杂靡韵路椒p免：在采樣結(jié)束前的1~2秒時(shí)間內(nèi)把采樣管從煙道中提前取出，并保持采樣管頭部向上放置。

在測(cè)量高含濕量煙道（例如水膜除塵器除塵）過(guò)程中，常出現(xiàn)的問(wèn)題是測(cè)量過(guò)程中儀器采樣流量突然升高，測(cè)的動(dòng)壓也偏高，主要原因是水蒸汽在動(dòng)壓管及采樣管內(nèi)冷凝積聚，直至阻塞動(dòng)壓管，引起管內(nèi)壓力升高，儀器也作出相應(yīng)的流量調(diào)整指令。解決辦法是：盡量縮短每個(gè)樣品的采樣時(shí)間，每采一個(gè)樣品后都將采樣管疏通一遍并抹干，盡量將采樣管持平，防止采樣管上的水流向動(dòng)壓管口，在距動(dòng)壓管口15cm處套一橡皮筋，防止采樣管外壁凝結(jié)的水流向動(dòng)壓管口。

4 鍋爐運(yùn)行負(fù)荷

鍋爐煙塵排放濃度與鍋爐運(yùn)行負(fù)荷密切相關(guān)[3]。煙塵排放濃度是隨著負(fù)荷率的增加直線上升的。當(dāng)負(fù)荷率為60%，煙塵濃度僅為額定負(fù)荷時(shí)的30%；負(fù)荷率為80%，煙塵濃度上升到為額定負(fù)荷時(shí)的65%；當(dāng)超負(fù)荷時(shí)，煙塵排放濃度便急劇上升，這也說(shuō)明為什么在測(cè)試煙塵濃度時(shí)，必須同時(shí)測(cè)定負(fù)荷。

新鍋爐安裝后，鍋爐出口原始煙塵濃度和煙塵排放濃度的驗(yàn)收測(cè)試，應(yīng)在設(shè)計(jì)出力下進(jìn)行。

在用鍋爐煙塵排放濃度的測(cè)試，必須在鍋爐設(shè)計(jì)出力70%以上的情況下進(jìn)行，并按鍋爐運(yùn)行三年以內(nèi)和鍋爐運(yùn)行三年以上兩種情況，將不同出力實(shí)測(cè)的煙塵排放濃度乘以表1中所列出力影響系數(shù)K[2]，作為該鍋爐額定出力情況下的煙塵排放濃度，對(duì)于手燒爐應(yīng)在不低于兩個(gè)加煤周期的時(shí)間內(nèi)測(cè)定。

表1

鍋爐實(shí)測(cè)出力占鍋爐設(shè)計(jì)出力的百分?jǐn)?shù)，%70~<7575~<8080~<8585~<9090~<95≥95 運(yùn)行三年以內(nèi)的出力影響系數(shù)K1.61.41.21.11.051 運(yùn)行三年以上的出力影響系數(shù)K1.31.21.1111

雖然在GB5468-91《鍋爐煙塵測(cè)試方法》中給出了水箱法，蒸汽流量表法、水表法、耗煤量法等測(cè)量鍋爐出力，但在實(shí)際操作中上述各種方法的監(jiān)測(cè)條件難以滿足。因此，在實(shí)際中常用解決方法是：結(jié)合以壓力表上的紅線刻度為參照，基本就能確定鍋爐的負(fù)荷。

5 過(guò)量空氣系數(shù)

過(guò)量空氣系數(shù)愈大，則因大量冷空氣進(jìn)入爐膛，爐膛溫度就會(huì)下降，對(duì)燃燒不利；排煙熱損失也會(huì)增加，使鍋爐的熱效率降低，煙氣量增加，煙氣所攜帶的煙塵量也隨之增加。

由下列公式可以看出：折算后的煙塵排放濃度與實(shí)測(cè)過(guò)量空氣系數(shù)成正比，實(shí)測(cè)過(guò)量空氣系數(shù)愈大，折算后的煙塵排放濃度就愈大。

C'=C·a / a0

公式中：C'——折算后的煙塵排放濃度；C——實(shí)測(cè)煙塵排放濃度；a——實(shí)測(cè)過(guò)量空氣系數(shù)；a0——排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過(guò)量空氣系數(shù)；當(dāng)a<2，說(shuō)明鍋爐運(yùn)行接近正常，a>2 說(shuō)明測(cè)點(diǎn)處O2含量過(guò)高。造成a值過(guò)高的原因是：

（1）運(yùn)行負(fù)荷低，燃料燃燒不充分，大量 O2沒(méi)有被利用。（2）管道或除塵器漏風(fēng)。 （3）鼓風(fēng)量過(guò)大。（4）測(cè)孔密封不嚴(yán)，特別是在負(fù)壓系統(tǒng)采樣，大量空氣被采進(jìn)來(lái)，造成a值偏高。

6 采樣注意事項(xiàng)

6.1 采樣前對(duì)采樣儀進(jìn)行全面檢查，并進(jìn)行系統(tǒng)檢漏試驗(yàn)。

6.2 采樣時(shí)盡可能地把采樣孔附近內(nèi)外積灰清理干凈，采樣過(guò)程中要十分小心，采樣嘴千萬(wàn)不要碰煙道管壁，以免積灰吸入濾筒中。

6.3監(jiān)測(cè)采樣應(yīng)當(dāng)在鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，并有專人負(fù)責(zé)對(duì)工況的監(jiān)督。

6.4采樣嘴和皮托管對(duì)準(zhǔn)煙氣流動(dòng)方向，偏差不超過(guò)5°。

6.5煙氣含氧量測(cè)定與煙塵采樣同步進(jìn)行。

7 結(jié)論

通過(guò)上述分析，在鍋爐煙塵監(jiān)測(cè)中，要做好每一環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作，才能取得科學(xué)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為環(huán)境管理提供科學(xué)的依據(jù)。

[1] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.固定源廢氣監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范HJ/T397-2007，2007.

[2] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局.鍋爐煙塵測(cè)試方法GB5468-91,1991.

[3] 魏巍，王同健，田秀華.鍋爐負(fù)荷監(jiān)測(cè)方法的研究[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2003,(4): 22-24.