锅炉烟尘监测的采样细节探讨及质量控制

梁衍魁



锅炉烟尘监测的采样细节探讨及质量控制

梁衍魁

福州市环境监测站

结合多年的监测实践经验，通过对锅炉烟尘监测各环节进行分析和对采样过程异常情况的分析处理，达到锅炉烟尘监测质量控制。

锅炉 烟尘采样 质量控制

工业锅炉烟尘是影响我国大气环境质量的主要污染源之一，治理和控制烟尘的排放势在必行。因此，应加强烟尘的监测分析，及时准确地提供监测数据，为锅炉的运行及除尘系统、烟尘在线自动监测比对提供可靠的依据，促使烟尘达标排放和排放总量的要求，为环境保护行政主管部门验收及日常环境管理提供技术依据。

烟尘监测仪器从最早的预测流速法采样，到静压平衡、动压平衡法采样，至今已发展到自动跟踪采样及烟尘在线自动监测，使得烟尘监测逐渐步入规范、准确和自动化的轨道。但是，无论是以过去落后的方法进行采样，还是现在的自动跟踪采样，都需要过硬的采样技术和实践经验。该项监测必须具备一定的专业技术知识和实践经验，初学者不易全面掌握，结合10多年的监测实践经验，本文针对影响锅炉烟尘监测的各个环节进行分析，为烟尘监测的质量控制提供参考依据。

1 测孔位置与测点的设置

1.1 测孔位置与测点设置的基本原则

在烟尘监测中，选择采样断面、开设采样孔的选择会直接影响到烟尘监测结果。

采样位置应优先选择在垂直管段，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。采样位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于6倍直径处，和距上述部件上游方向不小于3倍直径处。对矩形烟道，其当量直径 D=2AB/(A+B)，式中 A、B为边长[1]。采样断面的气流速度最好在 5m/s 以上。但是，在实际的监测中采样断面并不都是理想的。有时还需要考虑到采样安全、采样人员所处的工作环境、劳动强度等问题进行综合分析，从而确定采样断面。可选择比较适宜的管段采样，但采样断面与弯头等的距离至少是烟道直径的1.5倍，并应适当增加测点的数量和采样频次。

1.2 不规则烟道测孔位置与测点的基本设置

不规则烟道定义：凡满足不了《规范》测点位置要求的烟道统称为不规则烟道，或者指达不到 “理想状态”要求的烟道。在现场监测中，遇到的烟道往往会是不规则的，例如：采样断面与弯头等的距离小于烟道直径的1.5倍的不规则矩形烟道、斜管烟道，解决办法是：

对于圆形管道应增加与第一测孔成直角的第二测孔，使得总测点数增加。

对不规则矩形烟道增加若干等面积小矩形块，小矩形块的面积小于0.05m2，这样增加了总的测点数。在实际中，烟道气流往往是不稳定的，可根据每小块矩形面积上的压力、温度确定等速采样嘴及等速采样流量。

斜管烟道等测孔位置及测点应遵循不规则圆形管道或不规则矩形烟道的布点原则。

总之，对不规则烟道测孔位置与测点的设置尽可能适当增加测孔和测点数。

1.3 测孔、测点的设置注意事项

开采样孔的基本原则：在选定的测定位置上开设采样孔，采样孔的内径应不小于80mm,采样孔管长应不大于50mm。不使用时用盖板、管堵或管帽封闭。对圆形烟道，采样孔应设在包括各测点在内的互相垂直的直径线上。对矩形或方形烟道，采样孔应设在包括各测点在内的延长线上。在现场监测中，对于测孔、测点设置需注意以下事项：

（1）烟道直径过大时，烟气流速会低于5m/s，一般仪器是不适合的，这时要注意开孔的位置。

（2）湿式除尘器后的测孔位置应放在烟道挡水板较远地方，防止烟气中水滴进入采样管。

（3）当测孔在水平烟道上时，要注意水平烟道底部容易有较大颗粒的烟尘堆积层。

2 采样时间、采样嘴的选择

每个测定断面采样次数不得少于3次，每个测点连续采样时间不得少于3min[2]，但每台锅炉测定时所采集样品累计的总采气量不得少于1m3，自动采样仪一般具有选嘴功能，但是利用仪器选嘴需要占用一定的时间，在实际工作中可以凭经验人为判断烟气流速来确定采样嘴大小，从而节约时间。采样嘴大小的选择原则是“高流速小采样嘴，低流速大采样嘴。”如果在高流速的烟道中采样时使用大的采样嘴，会产生等速跟踪精度差问题，甚至导致采样泵负荷过高而损坏；相反，在低流速的烟道中采样时使用小的采样嘴，会使采样流量太小而不能抽取足够的采样体积，降低测定结果的准确度。因此，采样嘴选择后尽量使采样流量变化范围在20~40L／min为宜。

3 三种特殊情况下的采样

在引风机后找不到可以使用的采样断面时，而在引风机前能够找到比较适合的采样断面。在引风机前的断面处进行烟尘采样，一些蒸发量较大的锅炉，由于强劲的引风在烟道内形成很高的负压，有些可以达到-2000Pa以上。在采样结束抽气停止后，如果没有及时将采样管从烟道中取出，在烟道负压的作用下，滤筒中的尘粒就会被部分倒吸入烟道中。因此，采样断面位于引风机前的采样应这样操作：将采样管插入烟道中，对距离采样孔最远的采样点最先进行采样，然后逐点向外直至最近的一个采样点，采样结束的同时迅速封闭采样气路，从烟道中快速取出采样管。

同样是受到采样现场条件限制的影响，而把采样孔开设在水平烟道的上部，采样时需要采样管头部朝下插入烟道才能进行。采样结束停止抽气后，滤筒中粒径较大的尘粒在重力作用下会向下坠落，造成误差。可以用以下方法减免：在采样结束前的1~2秒时间内把采样管从烟道中提前取出，并保持采样管头部向上放置。

在测量高含湿量烟道（例如水膜除尘器除尘）过程中，常出现的问题是测量过程中仪器采样流量突然升高，测的动压也偏高，主要原因是水蒸汽在动压管及采样管内冷凝积聚，直至阻塞动压管，引起管内压力升高，仪器也作出相应的流量调整指令。解决办法是：尽量缩短每个样品的采样时间，每采一个样品后都将采样管疏通一遍并抹干，尽量将采样管持平，防止采样管上的水流向动压管口，在距动压管口15cm处套一橡皮筋，防止采样管外壁凝结的水流向动压管口。

4 锅炉运行负荷

锅炉烟尘排放浓度与锅炉运行负荷密切相关[3]。烟尘排放浓度是随着负荷率的增加直线上升的。当负荷率为60%，烟尘浓度仅为额定负荷时的30%；负荷率为80%，烟尘浓度上升到为额定负荷时的65%；当超负荷时，烟尘排放浓度便急剧上升，这也说明为什么在测试烟尘浓度时，必须同时测定负荷。

新锅炉安装后，锅炉出口原始烟尘浓度和烟尘排放浓度的验收测试，应在设计出力下进行。

在用锅炉烟尘排放浓度的测试，必须在锅炉设计出力70%以上的情况下进行，并按锅炉运行三年以内和锅炉运行三年以上两种情况，将不同出力实测的烟尘排放浓度乘以表1中所列出力影响系数K[2]，作为该锅炉额定出力情况下的烟尘排放浓度，对于手烧炉应在不低于两个加煤周期的时间内测定。

表1

锅炉实测出力占锅炉设计出力的百分数，%70~<7575~<8080~<8585~<9090~<95≥95 运行三年以内的出力影响系数K1.61.41.21.11.051 运行三年以上的出力影响系数K1.31.21.1111

虽然在GB5468-91《锅炉烟尘测试方法》中给出了水箱法，蒸汽流量表法、水表法、耗煤量法等测量锅炉出力，但在实际操作中上述各种方法的监测条件难以满足。因此，在实际中常用解决方法是：结合以压力表上的红线刻度为参照，基本就能确定锅炉的负荷。

5 过量空气系数

过量空气系数愈大，则因大量冷空气进入炉膛，炉膛温度就会下降，对燃烧不利；排烟热损失也会增加，使锅炉的热效率降低，烟气量增加，烟气所携带的烟尘量也随之增加。

由下列公式可以看出：折算后的烟尘排放浓度与实测过量空气系数成正比，实测过量空气系数愈大，折算后的烟尘排放浓度就愈大。

C'=C·a / a0

公式中：C'——折算后的烟尘排放浓度；C——实测烟尘排放浓度；a——实测过量空气系数；a0——排放标准规定的过量空气系数；当a<2，说明锅炉运行接近正常，a>2 说明测点处O2含量过高。造成a值过高的原因是：

（1）运行负荷低，燃料燃烧不充分，大量 O2没有被利用。（2）管道或除尘器漏风。 （3）鼓风量过大。（4）测孔密封不严，特别是在负压系统采样，大量空气被采进来，造成a值偏高。

6 采样注意事项

6.1 采样前对采样仪进行全面检查，并进行系统检漏试验。

6.2 采样时尽可能地把采样孔附近内外积灰清理干净，采样过程中要十分小心，采样嘴千万不要碰烟道管壁，以免积灰吸入滤筒中。

6.3监测采样应当在锅炉运行稳定状态下进行，并有专人负责对工况的监督。

6.4采样嘴和皮托管对准烟气流动方向，偏差不超过5°。

6.5烟气含氧量测定与烟尘采样同步进行。

7 结论

通过上述分析，在锅炉烟尘监测中，要做好每一环节的质量控制工作，才能取得科学准确的监测数据，为环境管理提供科学的依据。

[1] 国家环境保护局.固定源废气监测技术规范HJ/T397-2007，2007.

[2] 国家环境保护局.锅炉烟尘测试方法GB5468-91,1991.

[3] 魏巍，王同健，田秀华.锅炉负荷监测方法的研究[J]. 中国环境监测，2003,(4): 22-24.