固定源监测理论培训知识.docx
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固定源监测理论培训知识
固定源废气中烟尘（颗粒物）监测
1．概述
1.1固定源的定义
固定源是指：
将生产过程中产生的废气通过排气筒向空气中排放的污染源。
如：
燃煤、燃油、燃气锅炉和工业炉窑的废气排放源，石油化工、冶金、建材等行业的废气收集和排放源等。
固定源中污染物的存在形式有两种：
颗粒物和气态污染物。
颗粒物：
是指悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒状物质，是燃料和其它物质在燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的。
通俗的说就是可以用滤筒（刚玉滤筒或玻璃纤维滤筒）采集的物质。
颗粒物在化学上可分为两大类，一类是有机颗粒物，另一类是无机颗粒物；按其形成的过程不同可分为三类：
第一类是烟尘（fluedust），是煤、石油等燃料燃烧产生的固体颗粒气溶胶；第二类是粉尘（dust），是由机械过程（破碎、研磨、筛分、运输等）而产生的微细粒子；第三类是微细颗粒物，是指物料通过各种化学或物理化学过程产生的颗粒物等。
1.2评价固定源排放情况的指标
评价指标有三项：
废气排放量、污染物排放浓度和污染物排放速率（由前两项计算而来），单位分别是。
废气排放量：
Ndm3/h（Nd表示标准状态下的干排气：
温度为273K，
压力为101325Pa条件下不含水分的排气）；污染物排放浓度：
mg/Ndm3；污染物排放速率：
kg/h，通常也简称排放量。
1.3固定源颗粒物监测的规范、方法和相关标准
1.3.1通用监测规范及方法（表1-1）
表1-1固定源废气监测通用规范和方法
序号
标准名称
标准号
1
锅炉烟尘测试方法
GB5468-91
2
固定污染源排气中颗粒物测定和气态污染物采样方法
GB/T16157-1996
3
固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）
HJ/T75-2007
4
固定污染源监测质量保证和质量控制技术规范（试行）
HJ/T373-2007
5
固定源废气监测技术规范
HJ/T397-2007
2．固定污染源监测中颗粒物采样技术
2.1现场采样
根据规范中的布点要求进入现场确定采样点的具体位置，并根据采样管径的大小搭建符合采样要求的平台。
1）采样孔的位置和数量
采样孔位置：
优先选择在垂直管段。
距变径位置下游方向不小于6倍直径和上游方向不小于3倍直径处，矩形管道以当量直径D=2AB/（A+B）计。
不能满足上述要求的，可选择比较适宜的管段，距弯头等的距离至少是管道直径的1.5倍。
对这一段的理解有两个重点：
（1）优先选择垂直管段；
（2）下六、上三。
选择垂直管段的理由：
由于自重的原因，颗粒物在水平管段的分布不均匀，自上而下浓度由小而大；在水平管段的底部会有颗粒物沉积，会对采样造成影响，特别是除尘后。
引风机
管段的选择
送风机
a弯头
风机
E
A
D
B（最佳断面）
b弯头
C
断面位置的选择（引风机）
风机
E
A
D（最佳断面）
B
C
断面位置的选择（送风机）
采样孔数量：
圆形管道开两个垂直测孔（其中一个测孔的直径线应在预测浓度变化最大的平面内）。
符合规范要求，且气流分布均匀的，开1个测孔。
矩形管道开孔数量根据管道断面积和规范中对等面积小块长边长度的要求来确定。
a.圆形管道的开孔原则：
一般要求开两个测孔，特殊情况下开一个；
（其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内）
A图B图
a孔
a孔
·
圆形烟道分环及测点数的确定
烟道直径,m
等面积环数
测量直径数
测点数
0.3
0.3～0.6
0.6～1.0
1.0～1.2
2.0～4.0
>4.0
1～2
2～3
3～4
4～5
5
1～2
1～2
1～2
1～2
1～2
1
2～8
4～12
6～16
8～20
10～20
测点距烟道内壁的距离（以烟道直径D计）
测点号
环数
1
2
3
4
5
1
0.146
0.067
0.044
0.033
0.026
2
0.854
0.250
0.146
0.105
0.082
3
0.750
0.296
0.194
0.146
4
0.933
0.704
0.323
0.226
5
0.854
0.677
0.342
6
0.956
0.806
0.658
7
0.895
0.774
8
0.967
0.854
9
0.918
10
0.974
b.矩形管道的开孔原则：
既是开孔，也是布点。
正方形管道矩形管道
矩（方）形烟道的分块和测点数
烟道断面积（m2）
等面积小块长边长度（m）
测点总数
<0.1
<0.32
1
0.1-0.5
<0.35
1～4
0.5-1.0
<0.50
4～6
1.0-4.0
<0.67
6～9
4.0-9.0
<0.75
9～16
>9.0
≤1.0
16～20
A
90cm
S=0.45m2
B50cm
2）采样平台
平台的宽度（面对排气筒平台横向尺寸）：
视排气管道的形状和直径（或当量直径）而定。
圆形管道平台宽度不小于2米。
矩形管道平台宽度视排气管道的宽度而定：
宽度小于2米的管道，平台宽度不小于2米；宽度大于2米的管道，平台宽度不小于管道的宽度。
平台的长度（面对排气筒平台纵向尺寸）：
圆形管道视直径的大小、矩形管道视管道的深度而定。
根据管道的尺寸，可使用1.5米、2.5米和4.5米长度的采样枪进行采样，而采样枪的长度也就是采样平台的长度。
另外，采样平台要在四周搭设齐腰高的护栏。
圆形管道：
采样孔管（法兰）
管道
横截面
采样平台
宽度为2米
长度与管道直径相近
（或与采样枪的长度相近）
矩形管道：
采样平台
管道
横截面
宽度与管道宽度一致
长度与管道深度相近
（或与采样枪的长度相近）
2.2颗粒物现场采样
2.2.1颗粒物采样的原理
按照等速采样原理（采样嘴的吸气速度与测点处气流速度相等）抽取一定量的含尘气体，根据滤筒中颗粒物的量和同时抽取的气体量，计算出排气中颗粒物浓度（GB/T16157-1996中8.2.1）。
C'=m/Vnd•106
2.2.2颗粒物监测中的名词解释
1）等速采样：
将采样嘴平面正对排气气流，使进入采样嘴的气流速度与测定点的排气流速相等。
2）标准状态下的干排气：
温度为273K，压力为101325Pa条件下不含水分的排气。
2.2.3颗粒物采样仪器的组成结构
1）采样枪（温度计、s形皮托管和采样管的组合体）
S形皮托管
采样管：
见GB/T16157-1996中的
图20（玻璃纤维滤筒采样管）和图21（刚玉滤筒采样管）。
2）连接软管
3）采样主机
1－热电偶或热电阻温度计；2－皮托管；3－采样管；4－除硫干燥器；5－微压传感器；6－压力传感器；7－温度传感器；8－流量传感器；9－流量调节装置；10－抽气泵；11－微处理系统；12－微型打印机或接口；13－显示器
2.2.4皮托管平行测速自动烟尘采样仪工作原理
仪器的微处理测控系统根据各种传感器检测到的静压、动压、温度及含湿量等参数，计算烟气流速，选定采样嘴直径，采样过程中仪器自动计算烟气流速和等速跟踪采样流量，控制电路调整抽气泵的抽气能力，使实际流量与计算的采样流量相等，从而保证了烟尘自动等速采样。
2.2.5颗粒物的采样步骤
（以3012H型皮托管平行烟气自动采样仪为例介绍。
）
3012H采样仪器显示屏界面
主菜单
④湿度
③工况
②布点
①设置
⑧维护
⑦查询
⑥采样
⑤烟气
1）打开采样孔，清除法兰中的积灰（对于除尘设施后的采样尤为重要）；
2）接通采样仪器电源；
3）读取大气压表的数字，并输入到①设置界面中的相应位置：
①设置界面
④测试类别烟尘
4）测量管道（或排气筒、烟囱）的尺寸（内径或长、宽）及管壁厚度（或法兰长度），输入到②布点界面中的相应位置。
a.圆形烟道：
⑥完毕
b.矩形管道
L
这时仪器会自动给出各测点据采样口的距离：
①确定
5）用胶布等在采样枪上标记出各个采样点的位置，同时进入采样仪器③工况界面，进行烟温、压力等的参数测量，并根据测试结果选定合适的采样嘴：
③工况测量
①自动调零
②烟道温度
③预测流速
④查预测值
⑤主菜单
③.①自动调零
烟气动压=+0000
烟气静压=+00.00
计前压=+00.00
尘流量=+00.0
气流量=+0.0
①确定
③.②烟气温度
①测量烟温
②输入烟温>0000℃
③退出
3.2.1测量烟温
烟气温度=+0000℃
①确定
3.3预测流速
第01点
预测
动压=+0000Pa
静压=+00.00KPa
全压=+00.00KPa
流速=00.0m/s
①确认当前值②完成
连接压力测试系统，将采样枪（皮托管）放入管道中第一个测点的位置，堵严测孔。
皮托管软管正对气流一侧接入仪器正压孔，背对气流软管接入仪器负压孔。
用“确定”键依次将各个测点的压力（静压和动压）输入仪器，仪器会自动选择出采样嘴尺寸（预测流速）。
找出相应的采样嘴，安装在采样枪上。
完成上述步骤后，仪器会根据所测定的烟温、大气压、静压等参数计算出所测烟道中的烟气实际密度。
测试工况下烟气密度公式
（1）：
101325
Ba+Ps
273+ts
273
γs=γn××单位：
kg/Nm3
γn____标准状态下湿烟气密度，一般情况下取值1.34。
6）进入主菜单下④湿度界面，连接湿度测量系统，将含湿量测量枪放入管道中，在湿杯中加入少许水，选择“测量含湿量”键，待含湿量数值相对稳定后，按确定键完成烟气湿度测量。
4湿度
含湿量
①测量湿度
②输入湿度>00.0%
③退出
4.1测量湿度
流量=20.0L/m
干球=50.0℃
计压=-00.00KPa
湿球=36.0℃
计温=00.0℃
湿度=10.0%
①暂停②完成
测量
1－烟道；2－干球温度计；3－湿球温度计；4－保温采样管；
5－真空压力表；6－转子流量计；7－抽气泵
含湿量（干湿球法）计算公式
（2）如下：
Pbv―0.00066（ta-tb）（Ba+Pb）
Xsx（%）=
Ba+Ps
7）进入主菜单下⑥采样界面，确定（或输入）采样点数和每点的采样时间；同时，从滤筒盒中取出已称重的滤筒，记下滤筒编号，装入采样枪中，并在采样枪头安装上所选定的采样嘴；将采样枪放入管道中第一个采样点的位置，按“确定”键开始采样。
第一点采样结束后，移至下一个点，依次进行直至结束。
取出采样枪（注意不要倒置），同时保存采样数据记录；
采样设置界面
总计采时：
000min
6.5采样准备界面
③采样设置
6.5.1采样界面
功率30%时间：
07：
00
实测=26.1L/m
计算=26.0L/m
计温=+28.0℃
计压=-7.60KPa
动压=+0120Pa
流速=8.0m/s
烟温=0110*℃
体积=0080.3L
①暂停②退出
采样（或采样结束）
烟气的压力分为全压（Pt）、静压（Ps）和动压（Pv）。
在管道中任意一点上，三者的关系为：
Pt=Ps+Pv
全压——是气体在管道中流动具有的总能量。
动压——是单位体积气体具有的动能，是使气体流动的压力。
静压——是单位体积气体所具有的势能，表现为气体在各个方向上作用于器壁的压力。
动压及静压的测定装置
1-标准皮托管2-斜管微压计3-S型皮托管4-U型压力计5.烟道
仪器根据某点所测的动压（Pdi）计算出该点的实际流速（见公式（3））。
烟气流速计算（3）：
Vsi=1.414×Kp×√Pdi/γs
进而根据采样仪的流量计前温度和计前压力等参数计算出该点等速采样时的流量（见公式（4））。
等速采样的流量计算公式（4）：
Ba+Ps273+tr
Qr=0.00254d2•Vs••[]1/2•（1-Xsw）
273+tsBa+Pr
根据各点气流速度的平均值（Vs）和采样点处的烟道面积，计算出烟气的排放量（见公式5）
标态下干排气量计算公式（5）：
Qsn=3600•F•Vs•（（Ba+Ps）/101325）•（273/（273+ts））•（1-Xsw）
根据各点的采气流量和采气时间，计算出颗粒物的实际标态采气体积（见公式6）
采气体积计算公式（6）：
Vnd=0.05Qr'•t•[（Ba+Pr）/（273+tr）]1/2
8）取出滤筒，用编号纸裹住、折叠封口，放入滤筒盒中原来的位置。
9）将采样后的滤筒带回实验室，烘干（105℃）、冷却、称至恒重，计算采样前后滤筒重量之差（g），即为采取的颗粒物量。
根据公式（7）和（8）计算出颗粒物的排放浓度和排放速率。
烟尘（颗粒物）浓度计算公式（7）：
C'=m/Vnd•106
烟尘（颗粒物）排放速率计算公式（8）：
G=C'•Qsn•106
2.2.6采样中应注意的问题
1）操作顺序：
对于初学者和操作经验不足的人员，一定要按操作顺序进行，因为前面的每一步都是在为后面的内容提供必要的参数。
2）含湿量的测量：
目前现场常用的是“干湿球法”，因为它快捷、简便。
但在测量过程中应注意下列问题：
1）测量时间要足够长。
由于我们预先已测量了排气的温度，因此在测量过程中要注意干温的数值应升到尽量接近烟温，不要急于按确定键；2）注意保温。
由于含湿量的温度计位于管道外，受环境温度影响，当排气温度较高时，含湿量枪测量出的干温低于排气温度，进而影响了湿球温度的升高，而含湿量的高低湿球温度是一个关键的决定因素。
因此，在测量过程中，含湿量枪应尽量靠近管道，同时用棉布保温。
该方法有局限性，在下列两种情况下不易使用：
1）被测气体处于饱和状态，湿球水分不再蒸发；2）被测气体温度过高，导致湿球温度升至100℃，这时湿球温度不再受气体湿度的影响；
使用该方法应注意两种情况的发生：
1）湿球水分蒸发殆尽时，湿球温度会明显上升，应给湿球补充水分后再进行测量；2）连续对多个污染源进行测量时，需要待湿球温度与环境温度平衡后再进行。
对处于饱和状态的气体和高温气体（湿温上升到100℃）应采用重量法或冷凝法测定含湿量（测量方法见《空气和废气监测分析方法》（第四版）P368和P370）。
3）负压采样时：
应启动（设置）防倒吸功能。
4）气流方向（即决定采样嘴的方向）：
正确判断气流方向，并始终保持采样嘴正对气流方向。
5）采样时间和每次采集的样品数：
原则上每点的采样时间应不少于3分钟，各点采样时间相等。
每次采样至少采取三个样品，取其平均值视为一次监测值。
锅炉烟尘采样体积要求：
每台锅炉测定时所采集样品累计的总采气量不得小于1m3。
6）注意经常观察和提醒持枪人采样枪把手的方向（即采样嘴和皮托管的方向）。
7）不要用手（或戴着手套的手、甚至是戴着脏手套的手）去接触滤筒，可以用编号纸将滤筒和手隔开。
8）注意观察采样后的滤筒状态：
滤筒内外是否被污染。
2.2.7监测中常见问题的检查和处理
滤筒粘连问题：
一般出现在高温和高湿度共存的情况下，是采样管中的冷凝水倒流造成的。
解决办法是在采样过程中始终让采样枪出口略低于进口，让冷凝水顺流至冷凝水瓶中；采样结束后保持采样枪进口向上。
除尘器前采集的颗粒物量异常：
污染物量过少：
a.采样软管未与采样枪和采样仪器完全连接；b.采样嘴背对气流方向；c.负压管道采样过程中未采取防倒吸措施；d.工况异常或已停止生产，风机只是空转。
污染物量过大（多出现在倒置采样的情况）：
管道内有积灰，采样嘴接触到了底层的积灰；被监测设施的生产负荷发生了变化；被监测设施的处理装置出现了故障、甚至停运（处理设施后）。
滤筒被污染问题：
有两种情况：
一种是滤筒内存在非测量物质，如铁锈、灰石结块等；另一种是滤筒外被冷凝水（铁绣水）污染。
2.2.8几种特殊情况下的采样
1）高温和高湿烟气的采样
在采样过程中始终让采样枪出口略低于进口，让冷凝水顺流至冷凝水瓶中；采样结束后保持采样枪进口向上。
2）高静电环境的采样
多出现在静电除尘器采样时。
注意不要接温度传感器的连线。
同时在“8维护”菜单中将采样温度设定为“预测”，仪器中所需要的温度参数通过手持热电偶测量后，人工输入采样仪器中。
颗粒物采样的计算公式
1）测试工况下烟气密度：
101325
Ba+Ps
273+ts
273
γs=γn××单位：
kg/Nm3
γn——标准状态下湿烟气密度，一般情况取值1.34。
2）烟气流速：
Vsi=1.414×Kp×√Pdi/γs
3）含湿量（干湿球法）：
Pbv―0.00066（ta-tb）（Ba+Pb）
Xsx（%）=
Ba+Ps
4）标态下干排气量：
Qsn=3600•F•Vs•（（Ba+Ps）/101325）•（273/（273+ts））•（1-Xsw）
5）等速采样的流量（GB/T16157-1996中8.3.2）：
Ba+Ps273+tr
Qr=0.00254d2•Vs••[]1/2•（1-Xsw）
273+tsBa+Pr
6）采气体积：
Vnd=0.05Qr'•t•[（Ba+Pr）/（273+tr）]1/2
7）烟尘（颗粒物）浓度：
C'=m/Vnd•106C=C'•α'/αα=21/（21-O2%）
8）排放速率：
G=C'•Qsn•106
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