鍋爐煙塵監測的采樣細節探討及質量控制

梁衍魁

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鍋爐煙塵監測的采樣細節探討及質量控制

梁衍魁

福州市環境監測站

結合多年的監測實踐經驗，通過對鍋爐煙塵監測各環節進行分析和對采樣過程異常情況的分析處理，達到鍋爐煙塵監測質量控制。

鍋爐 煙塵采樣 質量控制

工業鍋爐煙塵是影響我國大氣環境質量的主要污染源之一，治理和控制煙塵的排放勢在必行。因此，應加強煙塵的監測分析，及時準確地提供監測數據，為鍋爐的運行及除塵系統、煙塵在線自動監測比對提供可靠的依據，促使煙塵達標排放和排放總量的要求，為環境保護行政主管部門驗收及日常環境管理提供技術依據。

煙塵監測儀器從最早的預測流速法采樣，到靜壓平衡、動壓平衡法采樣，至今已發展到自動跟蹤采樣及煙塵在線自動監測，使得煙塵監測逐漸步入規范、準確和自動化的軌道。但是，無論是以過去落后的方法進行采樣，還是現在的自動跟蹤采樣，都需要過硬的采樣技術和實踐經驗。該項監測必須具備一定的專業技術知識和實踐經驗，初學者不易全面掌握，結合10多年的監測實踐經驗，本文針對影響鍋爐煙塵監測的各個環節進行分析，為煙塵監測的質量控制提供參考依據。

1 測孔位置與測點的設置

1.1 測孔位置與測點設置的基本原則

在煙塵監測中，選擇采樣斷面、開設采樣孔的選擇會直接影響到煙塵監測結果。

采樣位置應優先選擇在垂直管段，應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。采樣位置應設置在距彎頭、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。對矩形煙道，其當量直徑 D=2AB/(A+B)，式中 A、B為邊長[1]。采樣斷面的氣流速度最好在 5m/s 以上。但是，在實際的監測中采樣斷面并不都是理想的。有時還需要考慮到采樣安全、采樣人員所處的工作環境、勞動強度等問題進行綜合分析，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，并應適當增加測點的數量和采樣頻次。

1.2 不規則煙道測孔位置與測點的基本設置

不規則煙道定義：凡滿足不了《規范》測點位置要求的煙道統稱為不規則煙道，或者指達不到 “理想狀態”要求的煙道。在現場監測中，遇到的煙道往往會是不規則的，例如：采樣斷面與彎頭等的距離小于煙道直徑的1.5倍的不規則矩形煙道、斜管煙道，解決辦法是：

對于圓形管道應增加與第一測孔成直角的第二測孔，使得總測點數增加。

對不規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，這樣增加了總的測點數。在實際中，煙道氣流往往是不穩定的，可根據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。

斜管煙道等測孔位置及測點應遵循不規則圓形管道或不規則矩形煙道的布點原則。

總之，對不規則煙道測孔位置與測點的設置盡可能適當增加測孔和測點數。

1.3 測孔、測點的設置注意事項

開采樣孔的基本原則：在選定的測定位置上開設采樣孔，采樣孔的內徑應不小于80mm,采樣孔管長應不大于50mm。不使用時用蓋板、管堵或管帽封閉。對圓形煙道，采樣孔應設在包括各測點在內的互相垂直的直徑線上。對矩形或方形煙道，采樣孔應設在包括各測點在內的延長線上。在現場監測中，對于測孔、測點設置需注意以下事項：

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

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

（3）當測孔在水平煙道上時，要注意水平煙道底部容易有較大顆粒的煙塵堆積層。

2 采樣時間、采樣嘴的選擇

每個測定斷面采樣次數不得少于3次，每個測點連續采樣時間不得少于3min[2]，但每臺鍋爐測定時所采集樣品累計的總采氣量不得少于1m3，自動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間，在實際工作中可以憑經驗人為判斷煙氣流速來確定采樣嘴大小，從而節約時間。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?！比绻诟吡魉俚臒煹乐胁蓸訒r使用大的采樣嘴，會產生等速跟蹤精度差問題，甚至導致采樣泵負荷過高而損壞；相反，在低流速的煙道中采樣時使用小的采樣嘴，會使采樣流量太小而不能抽取足夠的采樣體積，降低測定結果的準確度。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

在引風機后找不到可以使用的采樣斷面時，而在引風機前能夠找到比較適合的采樣斷面。在引風機前的斷面處進行煙塵采樣，一些蒸發量較大的鍋爐，由于強勁的引風在煙道內形成很高的負壓，有些可以達到-2000Pa以上。在采樣結束抽氣停止后，如果沒有及時將采樣管從煙道中取出，在煙道負壓的作用下，濾筒中的塵粒就會被部分倒吸入煙道中。因此，采樣斷面位于引風機前的采樣應這樣操作：將采樣管插入煙道中，對距離采樣孔最遠的采樣點最先進行采樣，然后逐點向外直至最近的一個采樣點，采樣結束的同時迅速封閉采樣氣路，從煙道中快速取出采樣管。

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

在測量高含濕量煙道（例如水膜除塵器除塵）過程中，常出現的問題是測量過程中儀器采樣流量突然升高，測的動壓也偏高，主要原因是水蒸汽在動壓管及采樣管內冷凝積聚，直至阻塞動壓管，引起管內壓力升高，儀器也作出相應的流量調整指令。解決辦法是：盡量縮短每個樣品的采樣時間，每采一個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壓管口，在距動壓管口15cm處套一橡皮筋，防止采樣管外壁凝結的水流向動壓管口。

4 鍋爐運行負荷

鍋爐煙塵排放濃度與鍋爐運行負荷密切相關[3]。煙塵排放濃度是隨著負荷率的增加直線上升的。當負荷率為60%，煙塵濃度僅為額定負荷時的30%；負荷率為80%，煙塵濃度上升到為額定負荷時的65%；當超負荷時，煙塵排放濃度便急劇上升，這也說明為什么在測試煙塵濃度時，必須同時測定負荷。

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收測試，應在設計出力下進行。

在用鍋爐煙塵排放濃度的測試，必須在鍋爐設計出力70%以上的情況下進行，并按鍋爐運行三年以內和鍋爐運行三年以上兩種情況，將不同出力實測的煙塵排放濃度乘以表1中所列出力影響系數K[2]，作為該鍋爐額定出力情況下的煙塵排放濃度，對于手燒爐應在不低于兩個加煤周期的時間內測定。

表1

鍋爐實測出力占鍋爐設計出力的百分數，%70~<7575~<8080~<8585~<9090~<95≥95 運行三年以內的出力影響系數K1.61.41.21.11.051 運行三年以上的出力影響系數K1.31.21.1111

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

5 過量空氣系數

過量空氣系數愈大，則因大量冷空氣進入爐膛，爐膛溫度就會下降，對燃燒不利；排煙熱損失也會增加，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測過量空氣系數成正比，實測過量空氣系數愈大，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——實測煙塵排放濃度；a——實測過量空氣系數；a0——排放標準規定的過量空氣系數；當a<2，說明鍋爐運行接近正常，a>2 說明測點處O2含量過高。造成a值過高的原因是：

（1）運行負荷低，燃料燃燒不充分，大量 O2沒有被利用。（2）管道或除塵器漏風。 （3）鼓風量過大。（4）測孔密封不嚴，特別是在負壓系統采樣，大量空氣被采進來，造成a值偏高。

6 采樣注意事項

6.1 采樣前對采樣儀進行全面檢查，并進行系統檢漏試驗。

6.2 采樣時盡可能地把采樣孔附近內外積灰清理干凈，采樣過程中要十分小心，采樣嘴千萬不要碰煙道管壁，以免積灰吸入濾筒中。

6.3監測采樣應當在鍋爐運行穩定狀態下進行，并有專人負責對工況的監督。

6.4采樣嘴和皮托管對準煙氣流動方向，偏差不超過5°。

6.5煙氣含氧量測定與煙塵采樣同步進行。

7 結論

通過上述分析，在鍋爐煙塵監測中，要做好每一環節的質量控制工作，才能取得科學準確的監測數據，為環境管理提供科學的依據。

[1] 國家環境保護局.固定源廢氣監測技術規范HJ/T397-2007，2007.

[2] 國家環境保護局.鍋爐煙塵測試方法GB5468-91,1991.

[3] 魏巍，王同健，田秀華.鍋爐負荷監測方法的研究[J]. 中國環境監測，2003,(4): 22-24.