煙氣林格曼黑度監(jiān)測問題探討

倪廣樂　鄭強強

摘 要：林格曼黑度是一種方法簡單、成本低、能快速半定量化地評價煙氣中顆粒態(tài)污染物濃度高低的監(jiān)測手段。本文通過對現(xiàn)場監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行深入分析，明確了現(xiàn)場監(jiān)測的注意事項，提出了解決問題的方法和思路，對煙氣林格曼黑度監(jiān)測具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：林格曼黑度;煙氣監(jiān)測;問題

中圖分類號：X831 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0151-02

Investigation into Monitoring Problem of Flue Gas Ringelmann Blackness

NI Guangle1 ZHENG Qiangqaing2

（1.Xuzhou Environmental Monitoring Center，Xuzhou Jiangsu 221002;

2.Kuitun Environmental Monitoring Station，Kuitun Xinjiang 833200）

Abstract： Ringelmann blackness is a simple， low-cost monitoring method， which can quickly and semi quantitatively evaluate the concentration of particulate pollutants in flue gas. In this paper， through the in-depth analysis of the problems found in the process of in-situ monitoring， the precautions for in-situ monitoring are clarified， and the methods and ideas for solving the problems were put forward， which were of certain reference significance for flue gas ringelmann blackness monitoring.

Keywords： Lingeman blackness;smoke monitoring;problems

1 研究背景

控制污染源廢氣中顆粒物的標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩大類[1]：第一類是以排放濃度作為指標(biāo)，通過等速采樣的方式收集一定量的顆粒物，再通過標(biāo)況采樣體積、含氧量及濾筒前后增重質(zhì)量等參數(shù)計算顆粒物實際的排放濃度或折算濃度，確定其是否達標(biāo)排放，該類監(jiān)測方法是一種比較準(zhǔn)確客觀的定量評價方法;第二類是利用顆粒物的粒徑、顏色、氣味、光折散射等物理化學(xué)性質(zhì)，通過儀器或憑借人的感官進行半定量判斷顆粒物的排放濃度。煙氣林格曼黑度就是按煙氣的視覺黑度進行監(jiān)測的方法。雖然林格曼煙氣黑度與顆粒物濃度沒有準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系，但是這一方法成本低，能夠快速判斷顆粒物濃度的變化趨勢，因而普遍被國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測行業(yè)采用。實踐證明，該方法對燃煤型鍋爐排放的煙氣顆粒物是一種很好的監(jiān)測手段。但是，在具體監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員的視覺判斷力、監(jiān)測的氣象條件、統(tǒng)計方法、顆粒物的顏色及鍋爐運行工況等因素，都會影響林格曼煙氣黑度的準(zhǔn)確度。本文主要對監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析并加以解決，以期減少林格曼煙氣黑度的測量誤差，提高監(jiān)測方法的準(zhǔn)確度。

2 現(xiàn)場監(jiān)測存在的問題和解決方法

2.1 監(jiān)測方法和設(shè)備

林格曼煙氣黑度的主要原理[2]是把林格曼煙氣黑度圖放在適當(dāng)?shù)奈恢蒙希瑢煔獾暮诙扰c圖上的黑度進行比較，憑借視覺進行評價。國家標(biāo)準(zhǔn)方法見《固定污染源排放 煙氣黑度的測定 林格曼煙氣黑度圖法》（HJ/T 398—2007）。該方法規(guī)定的儀器和設(shè)備為林格曼煙氣黑度圖，該圖通用標(biāo)準(zhǔn)是六塊14cm×21cm不同黑度的小塊，除全黑和全白分別代表林格曼黑度0級和5級外，其余4塊是在白色底圖上畫不同寬度的黑色條格，根據(jù)黑色條格在整個小塊中所占的面積的百分?jǐn)?shù)，將20%、40%、60%和80%分成1級、2級、3級和4級。但是，在實際監(jiān)測過程中，廢氣的林格曼黑度監(jiān)測是以天空為背景，而林格曼黑度圖是以白色為背景，這必然造成監(jiān)測人員的視覺誤差。因此，在監(jiān)測過程中，可將林格曼黑度圖換成透明色，或者采用底圖透明的林格曼黑度望遠鏡進行監(jiān)測。但是，利用林格曼黑度望遠鏡進行監(jiān)測是否偏離國標(biāo)方法，仍值得商榷。

2.2 煙氣顏色

林格曼煙氣黑度的鑒定不僅取決于煙氣本身的黑度，同時還與監(jiān)測人員的經(jīng)驗和對主觀顏色的判斷有關(guān)。當(dāng)煙氣顏色本身不是純的灰色或者黑色時，就無法判斷林格曼黑度級別，個人認為測定林格曼黑度已經(jīng)失去現(xiàn)實意義;當(dāng)在實際監(jiān)測過程中，由于人與排放口距離較遠，會存在煙氣的顏色與天空背景很難分辨或介于兩黑度級別左右搖擺的情況，在這種情況下，筆者建議可適當(dāng)多角度觀察，林格曼黑度可將各測點的黑度值加權(quán)平均。林格曼黑度值的公式為：

[A=（ΣAi）/n]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[A]為林格曼黑度值;[Ai]為各測點林格曼煙氣黑度值;[n]為測點的數(shù)量。

2.3 氣象因素和觀測角度

所觀察到的煙氣黑度的讀數(shù)，與天空的均勻性和亮度、風(fēng)速風(fēng)向及觀察時照射光線的角度都有一定的關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)方法要求的觀測的氣象條件最好是無雨雪、無霧，天空光照良好，風(fēng)速不大于4.5m/s。通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速小于2.0m/s時，所觀測的煙氣黑度值差別不大，但風(fēng)速大于2.0m/s時，由于煙氣擴散太快，無形之中稀釋了煙氣黑度，導(dǎo)致煙氣黑度值降低。當(dāng)天空光照良好時，存在視線延長上正好有烏云的現(xiàn)象，此時也不利于煙氣黑度的測量，應(yīng)另選觀測點位重新測量。當(dāng)太陽光線正好與煙羽在一條線上時，此時不管在哪個監(jiān)測點位，均可保證視線與煙羽飄動方向和光線均成直角，只需要按照方法要求的監(jiān)測位置進行觀測即可;當(dāng)太陽光線（不是豎直向下）與煙羽飄動方向成直角時，此時最難監(jiān)測。從立體角度來說，視線應(yīng)該斜豎直向才能保證視線與太陽光線和煙羽飄動方向均成直角，但這種觀測方式顯然不符合實際。為了避免這種情況的發(fā)生，個人認為，優(yōu)先確保與太陽光線成直角，防止出現(xiàn)光線在觀察者后方的情況。

在實際監(jiān)測過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)煙氣的水汽高或者溫度過高的情況，當(dāng)煙氣排出煙囪后，瞬間形成大量的白色水汽混合在煙氣中，遠離煙囪口也無法消除這種影響。在這種情況下很難判斷煙氣黑度值，在冬季尤甚。當(dāng)白色水汽嚴(yán)重干擾煙氣灰色或黑色時，個人認為監(jiān)測這種煙氣黑度已嚴(yán)重不準(zhǔn)，失去了監(jiān)測意義。所以，筆者不建議在這種情況下進行林格曼煙氣黑度監(jiān)測。

2.4 工況條件

按照規(guī)定，對于煙氣黑度監(jiān)測，每次觀測15s記錄一個讀數(shù)，連續(xù)觀測30min，在此期間進行120次觀測，記錄120個讀數(shù)。對于煙氣排放十分穩(wěn)定的污染源，可30s記錄一個讀數(shù)，觀測時間不變。但在實際監(jiān)測過程中，燃煤型非穩(wěn)定的污染源占多數(shù)，存在加煤、搗爐和清灰等過程，在短時間加煤的過程中，存在不完全燃燒，此時極易出現(xiàn)煙氣黑度為5級的情況。但這種情況持續(xù)時間不長，煙氣黑度很快變淡，甚至低于0.5級。如果按照評判規(guī)則，對煙氣直接按5級處理，后面的監(jiān)測數(shù)據(jù)則會失去評判的意義。對于這種情況，孫鵬等人[3]認為，要綜合考慮瞬時最高值和一定時間內(nèi)的平均值。筆者認為，也可采用時間加權(quán)的方式進行評判，公式為：

[A=i=1nAi×Ti/T總]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，[A]為林格曼黑度值;[Ai]為每次觀測值;[Ti]為10s的觀測時間;[T總]為總的觀測時間。

研究表明，對鍋爐顆粒物濃度用重量法與林格曼黑度圖法進行相關(guān)分析，二者呈高度正相關(guān)。在顆粒物濃度監(jiān)測過程中，對于非穩(wěn)定排放的煙氣，也是按照時間加權(quán)的方式進行求和平均。因此，對林格曼黑度取時間加權(quán)平均值對實際監(jiān)測具有一定的借鑒意義。

2.5 計算方法

按照方法要求，煙氣黑度級別確定應(yīng)該按照累計時間來計算。例如，當(dāng)確定林格曼黑度4級時，應(yīng)該在30min內(nèi)，確定4級的累計時間是否超過2min，若未超過2min，再確定是否為林格曼黑度3級，判定方法為出現(xiàn)3級和4級的累計時間是否超過2min，如未超過2min，再確定林格曼黑度2級，判定方法為出現(xiàn)2級、3級和4級的累計時間是否超過2min，如未超過2min，再確定林格曼黑度1級，判定方法為出現(xiàn)1級、2級、3級和4級的累計時間是否超過2min，如未超過2min，則按小于1級報值。

3 結(jié)論

林格曼黑度是一種方法簡單、成本低、能快速半定量化地評價煙氣中顆粒態(tài)污染物濃度高低的監(jiān)測手段。但是，其準(zhǔn)確度同時也受到監(jiān)測設(shè)備、氣象條件、煙氣本身顏色、監(jiān)測人員視覺判斷力和工況條件等相關(guān)因素的影響。通過對現(xiàn)場監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行深入分析，明確了現(xiàn)場監(jiān)測的注意事項，提出了解決問題的方法和思路，對煙氣林格曼黑度監(jiān)測具有一定借鑒意義。

參考文獻：

[1]宋克國，周青梅.影響煙氣林格曼黑度觀測的相關(guān)因素探討[J].山東環(huán)境，2001（5）：47.

[2]國家環(huán)境保護總局.固定污染源排放 煙氣黑度的測定 林格曼煙氣黑度圖法：HJ/T 398—2007[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[3]孫鵬.固定污染源排放煙氣黑度的測定：林格曼煙氣黑度圖法（HJ/T 398—2007）有效性復(fù)審意見[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017（2）：123-124.