煙氣等速采樣

1、煙氣等速采樣的方法比較1.1 煙氣等速采樣的原理在選定的采樣點(diǎn)上，通過采樣管從煙道中接等速采樣，原則抽取一定量的含塵煙氣，經(jīng)捕集裝置將塵粒捕集下來，根據(jù)捕集的煙塵重量和抽取的煙氣體積，求出煙氣中的煙塵濃度。（相對誤差應(yīng)在5% 10%以內(nèi)）1.2 煙氣等速采樣的原因當(dāng)采樣速度大于或小于采樣點(diǎn)的煙氣速度都將使采樣結(jié)果產(chǎn)生偏差，當(dāng)采樣速度Vn 大于煙氣速度Vs 時(shí)，處于采樣嘴邊線以外的部分氣流進(jìn)入采樣嘴，而其中的塵粒由于本身的慣性作用， 不能改變方向隨氣流進(jìn)入采樣嘴，繼續(xù)沿著原來的方向前進(jìn)，使采取的樣品濃度低于采樣點(diǎn)的實(shí)際濃度。當(dāng)采樣速度Vn 小于采樣點(diǎn)的煙氣速度Vs 時(shí)，情況恰好相反，樣品濃度高于

2、實(shí)際濃度。只有采樣速度Vn 等于采樣點(diǎn)的速度Vs時(shí)，樣品濃度才與實(shí)際濃度相等。2.1 等速采樣方法類型從煙道中等速抽取煙氣可以有預(yù)測流速采樣法、皮托管平行測速采樣法和動(dòng)壓平衡等速采樣法、靜壓平衡采樣法。a、預(yù)測流速（或普通采樣管）法該方法必須先測出采樣點(diǎn)的煙氣溫度、壓力、含濕量，計(jì)算出流速，再結(jié)合采樣嘴直徑計(jì)算出等速采樣條件下各采樣點(diǎn)的采樣流量。等速采樣就是使采樣嘴口的采樣速度與煙道內(nèi)煙氣的流速相等， 過大或過小的采樣速度都是對煙氣流動(dòng)場的破壞， 使測量的煙塵濃度失準(zhǔn)。 預(yù)測流速采樣法就是預(yù)先測出煙道內(nèi)的煙氣流速、溫濕度，再根據(jù)選定的采樣嘴計(jì)算出所需的等速采樣流量（公式3 ）。（ 3 ）1式中

3、 Qrs等速采樣流量L/mind采樣嘴直徑mmVs煙氣流速m/sBa大氣壓強(qiáng)kPaPs煙氣靜壓kPats煙氣溫度tr流量計(jì)前溫度Pr流量計(jì)前壓力kPaXsw含濕量該法的適用條件是：在進(jìn)行連采樣前測定了流速，再按此流速續(xù)等速采樣，因此，煙道內(nèi)的流速在這一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)保持不變，即煙氣狀態(tài)參數(shù)穩(wěn)定。方法要求在采樣完畢后，煙氣流速與采樣前相比偏差20%，否則，視為無效結(jié)果。因此，預(yù)測流速必須是在工藝穩(wěn)定、催化劑的品質(zhì)和用量一定、負(fù)荷正常的條件下進(jìn)行，這時(shí)測得的數(shù)據(jù)才能代表某一工況和加工量下的結(jié)果。在工藝條件波動(dòng)或加工量不正常時(shí)，所測數(shù)據(jù)的代表性差。采樣裝置的連接1-煙道； 2- 采樣管； 3冷凝器； 4

4、- ， 6- 溫度計(jì)； 5- 壓力計(jì)； 7- 干燥計(jì)8- 轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 9- 抽氣泵； 10- 閥門； 11- 防噴冷卻套； 12- 累計(jì)流量計(jì)煙塵采樣系統(tǒng)示意圖2b、皮托管平行測速采樣法該法將采樣管、s 型皮托管和熱電偶溫度計(jì)固定在一起插入同一采樣點(diǎn)。先測得煙氣靜壓、含濕量和當(dāng)時(shí)測得的動(dòng)壓、溫度等參數(shù)， 結(jié)合選用地采樣嘴直徑，由編有程序的計(jì)算器及時(shí)算出等速采樣流量，迅速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)至所要求的讀數(shù)。在電除塵器的測試中,尚不能有效地解決靜電對自動(dòng)采樣儀的沖擊干擾，在測試現(xiàn)場將自動(dòng)采樣儀臨時(shí)接地的方法并不十分有效；在負(fù)壓較大的煙道中測試，當(dāng)采樣完畢或暫停時(shí)，如何同步關(guān)閉采樣管路，防止負(fù)壓將濾筒的

5、塵粒倒抽出去等問題均有待解決。c、動(dòng)壓平衡型等速管采樣法動(dòng)壓平衡等速采樣法是利用采樣管中的特制的孔板在采樣抽氣時(shí)產(chǎn)生的壓差與皮托管測出的動(dòng)壓相等來實(shí)現(xiàn)等速采樣。 該方法與采樣嘴的口徑無關(guān)， 也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流速跟蹤， 但需特制采樣管并多一套壓差傳感器。圖 動(dòng)壓平衡型等速管采樣裝置d、靜壓平衡性采樣法靜壓平衡采樣法是利用專門的能感知采樣嘴內(nèi)外壁靜壓的采樣管，調(diào)節(jié)采樣流量使采樣嘴內(nèi)外壁的靜壓相等達(dá)到等速采樣條件。該方法也與采樣嘴口徑無關(guān)，且無需皮托管， 也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流速跟蹤，但需特制采樣管和多一套壓力傳感器，且僅適用于低含塵濃度的場合，3高濃度的煙塵易堵塞靜壓感知孔而失準(zhǔn)。2.2 國家環(huán)境保護(hù)總局的煙

6、氣采樣方法a、固定源采樣法該方法的采樣器由采樣管、導(dǎo)氣管、吸收裝置、 干燥器、流量測量與控制裝置和抽氣泵等部分組成。采樣過程中玻璃纖維濾膜的溫度可達(dá)120± 14。采樣裝置圖如下。b、限流孔采樣器采樣法采樣器應(yīng)安裝轉(zhuǎn)子流量計(jì)，在限流孔入口應(yīng)裝有真空壓力表，用于對限流孔進(jìn)行流量校正；在限流孔出口也應(yīng)裝有真空壓力表，用于判斷采樣系統(tǒng)是否處于保持恒定流量的臨界狀態(tài)。c、累積流量計(jì)采樣器采樣法（干式和濕式）采樣器應(yīng)安裝有流量調(diào)節(jié)閥的轉(zhuǎn)子流量計(jì)；在轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口應(yīng)裝有真空壓力表；累計(jì)流量計(jì)的入口應(yīng)裝有溫度計(jì)，用于對累積流量計(jì)進(jìn)行流量校正。4d、轉(zhuǎn)子流量計(jì)采樣器采樣法（干式和濕式）采樣器應(yīng)安裝有

7、流量調(diào)節(jié)閥的鉆子流量計(jì)；在轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口應(yīng)裝有真空壓力表和溫度計(jì)，用于對轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行流量校正。2.3 EPA 采樣方法列表方法 4:煙道氣濕度；方法5:顆粒物排放 (PM)方法 5B:非硫酸顆粒物；方法8: 硫酸霧和二氧化硫方法 12:無機(jī)鉛；方法13A 和 13B:總氟化物方法 17:煙道內(nèi)過濾的顆粒物；方法23:二惡英和呋喃方法 26A: 鹵化氫和鹵素；方法29:多種金屬方法 201A: PM10 排放；方法202: 可凝結(jié)顆粒物方法 206: 氨；方法 306:電鍍和陽極氧化帶來的六價(jià)鉻方法 316: 來自礦棉和玻纖工業(yè)的甲醛方法 0010: 半揮發(fā)性有機(jī)化合物方法 0011: 甲醛，

8、其它醛酮方法 0061:六價(jià)鉻2.4 各種不同的煙氣采樣法裝置圖（文獻(xiàn)）由于不同采樣條件和技術(shù)要求，在實(shí)驗(yàn)過程中的煙氣采樣裝置有所不同。下面簡單介紹幾種采樣裝置圖。美國環(huán)境保護(hù)部對于煙氣中汞的測定方法（參考文獻(xiàn)）目前對于燃煤電廠煙氣中各種形態(tài)濃度的測量方法最為科研工作者所接受的是美國環(huán)境保護(hù)署（ EPA）推薦的安大略你方法（OntarioHydro Method ，簡稱 OHM）。該方法采用等速取樣、加熱和防止吸附的手段，具有真實(shí)樣品的代表性和準(zhǔn)確性；采用汞的冷蒸汽原子吸收原理分析汞的濃度，因而精度較高；被美國EPA和能源部（ DOE）等機(jī)構(gòu)推薦為美國的汞標(biāo)準(zhǔn)測試和分析方法。5圖 OHM 方法

9、煙氣汞等速取樣系統(tǒng)簡圖下圖為竇晗等所用的采樣系統(tǒng)圖。 PAHs組分的采樣由 TMP-1500 電子時(shí)控大氣采樣器完成，內(nèi)部串聯(lián)的PUF 材料和玻璃纖維濾膜分別用于采集煙道中的氣態(tài)和顆粒吸附態(tài)PAHs。（竇晗等：國內(nèi)民用燃煤氣中多環(huán)芳烴排放因子研究）圖 采樣系統(tǒng)示意圖下面方法是在USEPA方法 5 的基礎(chǔ)上改進(jìn)的采樣系統(tǒng)，由采樣探頭、冷卻裝置、玻璃6套筒、泵、流量計(jì)、控制電腦組成。采樣裝置的玻璃纖維濾筒（450加熱凈化）來采集懸浮顆粒和顆粒相PAHs，裝入 XAD-2 樹脂的玻璃套筒和PUF用來采集氣相中的PAHs。圖 PAH采樣系統(tǒng)示意圖此裝置的最大突破是有三級XAD2/PUF 筒，每一級相對

10、獨(dú)立地收集PAHs 顆粒物。此研究結(jié)果顯示在第三級筒上沒有發(fā)現(xiàn)重要的PAHs顆粒物。所有的實(shí)驗(yàn)至少做三次以確保實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性。（ H.-H. Yang et al.rJournal of Hazardous Materials 60 (1998) 159 174）、下面的裝置圖是煤氣PAHs取樣裝置。1-除塵裝置； 2-玻璃纖維濾紙；3-金屬絲網(wǎng)； 4-冷凝裝置； 5-收集裝置；76-吸附裝置； 7-XAD-2 樹脂； 8-金屬絲網(wǎng)； 9-溫度計(jì)； 10-吸收裝置；11-二氯甲烷； 12-硅膠； 13-流量計(jì)； 14-真空泵圖 煤氣 PAHs取樣裝置圖實(shí)驗(yàn)時(shí)， 稱取一定量的床料加入加料斗中，開啟

11、羅茨風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)流化風(fēng)風(fēng)量使其大于最小流化風(fēng)量，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板，使床內(nèi)懸浮區(qū)壓力為微負(fù)壓；開啟螺旋加料器，將床料加入床內(nèi)；用電子火花發(fā)生器點(diǎn)燃啟動(dòng)燃燒室燃燒室煙氣通人流化床夾套來加熱床料當(dāng)床層溫度升至約500時(shí)，開始加入實(shí)驗(yàn)用煤，煤在床內(nèi)著火燃燒使床層溫度急劇上升，控制給煤量和風(fēng)量，使床層溫度穩(wěn)定在900左右燃燒工況穩(wěn)定0.5h 后，增加給煤量，打開氣閥通入水蒸氣，使燃燒工況過渡到氣化工況氣化穩(wěn)定1 h 后，即可采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和氣固樣品PAHs 樣品取自原煤、半焦(布袋除塵器收集的飛灰)和煤氣。（周宏倉等：空煤比對煤部分氣化多環(huán)芳烴排放的影響）圖 EPA采樣方法 5， 17對煙道氣中苯并

12、(a) 芘 (BaP)的測定主要采用美國環(huán)保局(EPA )煙道氣顆粒物采樣方法5，在應(yīng)用中雖然進(jìn)行了一些改進(jìn)，例如在過濾器前安裝旋風(fēng)分離器以增大采樣容量采用大流量泵進(jìn)行大流量采樣等，但以后的EPA報(bào)導(dǎo)的顆粒物采樣方法17 較為完善；它比采樣方法5簡便、準(zhǔn)確。然而，在煙道氣中PAH 等有機(jī)物不僅被吸附在顆粒物的表面，也會(huì)以微小液滴或呈氣態(tài)存在。因此，在使在用上述顆粒物采樣方法時(shí)，氣態(tài)和顆粒物表面的有機(jī)物，在采樣氣流作用下，也會(huì)部分透過濾膜而損失，會(huì)導(dǎo)致測量值的偏低。（崔文恒：固定污染源煙道氣中有機(jī)污染物的采樣方法）下圖為串聯(lián)體系采樣法采樣裝置圖中的三種采樣法。在這類方法中， 雖然采樣裝置的結(jié)8構(gòu)

13、或材料有所不同，但其共同特征是將顆粒物采樣方法和氣體有機(jī)物采樣方法(吸附法 ) 結(jié)合起來 , 亦即將過濾部分和吸附部分串聯(lián)使用。以求能較完全地收集顆粒物和氣體。圖 Battelle 采樣方法圖 煙道氣采樣法Battelle 采樣法、外部采樣法和內(nèi)部采樣法是對EPA采樣方法 5的改進(jìn)， Battelle 方法是在方法 5的裝置中，于過濾器和沖撞式吸收器之間加一TENAX 吸附床 , 其使用溫度通常在5060 之間。 而外部采樣法的吸附部分位于冷凝器之后，由于通常所用的高分子吸附劑，易受高溫氣體的破壞。因此， 在對較高溫度的煙道氣采樣時(shí)，吸附劑前使用冷凝裝置可以降低煙道氣的溫度，同時(shí)又可將煙道氣中

14、的水蒸汽冷凝下來，以防吸附劑遇水受潮, 影響對氣體有機(jī)物的吸附。 （崔文恒：固定污染源煙道氣中有機(jī)污染物的采樣方法）吸附在顆粒物上的PAH在 NO2 、HNO3或 SO2等作用下，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成NO2-PAH或其他化合物。因此在煙道氣采樣時(shí)，如果高溫?zé)煔夂幸欢康腘O2、 SO2等氣體，則有可能使附著在顆粒物表面的PAH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而是分析結(jié)果偏低；而且，反應(yīng)生成物與反應(yīng)物的毒性可能有較大差異。因此，這種化學(xué)反應(yīng)對煙道氣的測試造成了很大的困難。稀釋法很好地解決了這一問題，空氣稀釋法（如下圖）旨在用空氣(也可用其它惰性氣體)稀釋排出煙道采樣口的高溫?zé)煔?, 從而降低了煙氣溫度和 NO2、SO2等氣體的濃度，以減緩化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生 . 在各種稀釋裝置中。 （崔文恒：固定污染源煙道氣中有機(jī)污染物的采樣方法）9圖 空氣稀釋法圖 稀釋氣采樣器2.5煙氣等速采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前應(yīng)用于煙氣中PAHs的采樣的儀器已經(jīng)趨于成熟，文獻(xiàn)中也給出了許多關(guān)