固定污染源监测
一、固定污染源监测基本概念以烟道气的监测为例说明固定污染源废气的测定。 基本概念
(1)烟道气监测内容
烟尘：浓度、排放量
烟气组分：（氮、氧、二氧化碳、水蒸气、一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、硫化氢等）浓度、排放量 废气：排放量
(2)基本参数
监测方法规定，以除去水蒸气后标准状态下的干烟气为基准表示烟气的测定结果。因此，计算有害物质排放浓度和废气排放量时，需要采用气体状态方程式将待测气体体积换算为标准状态下（0℃、101.3kPa或760mmHg）的干气体体积表示。
完成换算需测定以下基本参数：烟气的温度、烟气的压力、烟气的平均流速、烟气的体积；同时应测定 烟气中的含湿量，烟气除去水蒸气为干气体。
烟道气监测采样系统由采样装置、收集装置、冷凝和干燥装置、流量测量和控制装置、采样动力装置等组成。此外还配有测量状态参数的装置，如压力、温度和湿度测量装置。
(4)注意事项
由于烟道内同一断面上各点的烟尘浓度和气流速度的分布是不均匀的，因此测定烟尘浓度和气流流速时，必须按照一定的原则进行多点采样。采样点的位置和数目主要根据烟道断面的形状、大小和流速分布情况确定。
二、固定污染源采样点的位置和数目确定原则
固定污染源采样点采样点的位置和数目设置，主要取决于烟道的走向、形状、截面积大小等，国家标准GB/T16157—1996《固定污染源排气中颗粒物的测定与气态污染物采样方法》规定了固定污染源中颗粒物的采样、测定、计算方法和固定污染源中气态污染物的采样方法。
①颗粒物：颗粒物是指燃料燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的悬
浮于排放气体中的固体和液体颗粒状物质；
②气态污染物：气态污染物是指以气体状态分散在排放气体中的各种污染物；
③标准状态下的干排气：标准状态下的干排气是指在温度为273K、压力为101300
Pa条件下不含水分的排气。
(2)采样位置
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，和距上述部件上游方向不小于3倍直径处。对于矩形横截面，可用当量直径确定采样位置。当量直径根据下式计算：
式中：L——烟道矩形横截面长度；
W——烟道矩形横截面宽度。
(3)采样断面上采样点的确定
烟道内同一断面上各点的气流速度和烟尘浓度分布通常是不均匀的，因此，要获取具有代表性的样品，
必须按照一定原则进行多点采样。采样点的位置和数目主要根据烟道断面的形状、尺寸大小和流速分布情况确定。
①圆形烟道：首先将烟道的采样断面分成适当数量的等面积同心圆环，然后在选定的
采样断面上设两个相互垂直的直径线，各采样点设在各环等面积中心线与呈垂直相交的两条直径线的交点上，其中一条直线应在预期浓度变化最大的平面内。采样孔应设在包括各采样点在内的互相垂直的直径线上。
原则上采样点数目不超过20个。如果采样断面上流速分布比较均匀，可设一个采样孔，采样点数减半。当烟道断面直径小于0.3m，且流速均匀时，可取断面中心作为采样点；
②矩形(或方形)烟道：将烟道断面分成一定数目的等面积矩形小块，各小块中心即为
采样点位置，小矩形的数目可根据烟道断面的面积，按照表6-10所列数据确定。每个断面上的采样点数目原则上不超过20个。当烟道断面面积为0.1m2，流速分布比较均匀，可取断面中心为采样点。矩形(或方形)烟道的采样孔应设在包括各采样点在内的延长线上。
③拱形烟道：这种烟道的上部为半圆形，下部为矩形，故可分别按圆形和矩形烟道的
布点方法确定采样点的位置及数目。
在满足测压管和采样管可以达到各采样点位置的情况下，要尽可能少开采样孔。采样孔的直径为50～70mm。当采集有毒或高温烟气，且采样点处烟气呈正压时，采样孔应设置防喷装置；当采样点处烟气呈负压时，应保证采样孔密封。
基本参数测定
烟气的体积、温度和压力是烟气的基本状态常数，也是计算烟气流速、烟尘及有害物质浓度的依据。其中，烟气体积由采样流量和采样时间的乘积求得，而采样流量由采样点烟道断面积乘以烟气流速得到，流速又由烟气压力和温度计算求出。
三、固定污染源基本参数的测定
烟气的体积、温度和压力是烟气的基本状态常数，也是计算烟气流速、烟尘及有害物质浓度的依据。其中，烟气体积由采样流量和采样时间的乘积求得，而采样流量由采样点烟道断面积乘以烟气流速得到，流速又由烟气压力和温度计算求出。
(1)温度
测量仪器主要是玻璃水银温度计和热电温度计。
①玻璃水银温度计适用于直径小、温度不高的烟道。测量时，温度计放入烟道中心部
位，待读数稳定不变时，开始读数。切不可将温度计抽出烟道外读数，以免产生误差。
②热电温度计适用于直径大、温度高的烟道。热电温度计测温原理是将两根不同的金
属线连成闭合回路，当两接点（冷端接点和热端焊接点）处于不同温度环境时，便产生热电势。两接点温差越大，热电势越大。热电偶冷端接点温度保持恒定，称为自由端，热端焊接点称为测量端或工作端，其电势差由毫伏计测出以温度值表示。
使用热电温度计时，首先将两个接头分别接到测温毫伏计的“＋”、“－”两个接线柱上，打开短路锁，将热电偶头部擦拭干净，插到烟道中心部位，待指针读数稳定时再读数。
如果使用带有冷端自动补偿的数显温度计，其读数即为实际烟气温度。如没有自动温度补偿装置，测前将毫伏计指针调至零刻度，测得的烟气温度再加上环境温度，才是烟气的实际温度。
根据需测温度的高低，选用不同材料的热电偶。测量800℃以下的烟气用镍铬-康铜热电偶；测量1300℃以下烟气用镍铬-镍铝热电偶；测量1600℃以下的烟气用铂-铂铑热电偶。
(2)压力
烟气的压力分静压(Ps)、动压(Pv)和全压(Pt)。静压是单位体积气体所具有的势能，动压是单位体积气
体具有的动能，全压是气体在管道中流动具有的总能量，即静压和动压之和。烟气压力测量装置包括皮托管和压力计。
①皮托管：常用皮托管分标准皮托管和S形皮托管两种。
标准皮托管：它是一根弯成90°的双层金属同心圆管，其开口端与内管相通，用来测量全压；外管的管口封闭，外管的测压小孔开在外管壁面四周（靠近管头处），用来测量静压。标准皮托管具有较高的精度，其校正系数近似等于1，不需校正。但标准皮托管的测孔很小，如果烟气中烟尘浓度大，易被堵塞，因此只适用于在较清洁的烟道内使用，或用来校准其他类型的皮托管和流量测量装置。
S形皮托管：它由两根相同的金属臂并联组成，测量端为两个大小相等、方向相反的开口。测量烟气压力时，一个开口面向气流，测定气流的全压；另一个开口背向气流，测定气流的静压。由于气体绕流的影响，测得的静压比气流实际静压值小，因此，在使用前必须用标准皮托管进行校正。S形皮托管开口较大，减少了被尘粒堵塞的可能性，适用于测烟尘含量较高的烟气。
②压力计：常用的压力计有U形压力计和斜臂式微压计。
U形压力计是一个内装工作液体的U形玻璃管.通常根据被测压力的大小分别选用水、乙醇或汞作为工作液体，压力计与皮托管相连，测得压力(P)用下式计算：
P=ρ•g•h
式中：ρ——工作液体的密度，kg／m3；
g——重力加速度，m／s2；
h——两液面高度差，m。
上式压力的单位为Pa，但在实际工作中，常用毫米液柱表示压力。
斜臂式微压计。斜管将读数放大，便于微小压差的测量。测压时，将微压计容器开口与测压系统中压力较高的一端相连，斜管与压力较低的一端相连，作用在两个液面上的压力差使液柱沿斜管上升，测得压力(P)按下式计算：
式中：L——斜管内液柱长度，m；
α——斜臂与水平面夹角，度；
红薯清洗机f——斜管截面积，mm2；
F——容器截面积，mm2；
ρ——工作液密度，kg／m3。
③测定方法：先按规定调试仪器，然后将皮托管与压力计连接，把测压管的测压口放置在烟道内测点上，并对准气流方向，从U形压力计上读出液面差，或从斜管微压计上读出斜管液柱长度，按相应公式计算测得压力。(3)流速和流量的计算
①各测点烟气流速的计算
测出烟气的温度、压力等参数后，根据流体力学基本原理的推导，得出各测点的烟气流速计算式如下。
在烟尘测试中，如果压力单位用mmH2O柱表示时，各测点的烟气流速可用下式计算：
式中：Vs——烟气流速，m/s；
Hd——烟气动压，mmH2O；
γ——烟气重度，kg／m3；
g——重力加速度，9.81m/s2；
R——烟气气体常数，295.9J/(kg•K)；
Ts——烟气绝对温度，K；
P——烟气绝对压力，Pa。
如果压力单位用Pa表示时，各测点的烟气流速可用下式计算：
式中：Kp——皮托管校正系数；
Pd——烟气动压，Pa；
ts——烟气测点温度，℃。
如果压力单位以mmHg柱表示时，各测点的烟气流速可用下式计算：
式中：Hd——烟气动压，mmHg。
②烟道断面烟气平均流速的计算：
烟道断面上各采样点烟气平均流速计算式如下：
式中：——烟气平均流速，m／s；
v1、v2、…、vn——断面上各测点烟气流速，m／s；
n——测点数。
③烟气流量的计算：
测量状态下烟气流量按下式计算：
Qs=3600 *S
式中：Qs——烟气流量，m3/h；
四、固定污染源含湿量的测定
烟气中水分含量的测定方法有重量法、冷凝法和干湿球温度计法。烟气含湿量一般以烟气中水蒸气的体积百分含量表示。
(1)重量法
从烟道采样点取一定体积的烟气，使之通过装有吸湿剂的吸收管，烟气中的水蒸气被吸湿剂吸收，测定烟气通过吸收管前后吸收管增加的质量，计算单位体积烟气中水蒸气的含量。
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常用的吸湿剂有氯化钙、氧化钙、硅胶、氧化铝、五氧化二磷、过氯酸镁等。
烟气中的含湿量按下式计算：
式中：XW——烟气中水蒸气的体积百分含量；
GW——吸湿管采样后增重，g；
Vd——测量状态下抽取干烟气体积，L；
tr——流量计前烟气温度，℃；
Pa——大气压力，kPa；
Pr——流量计前烟气表压，kPa；led日光灯灯座
1.24——标准状态下1g水蒸气的体积，L。扫雪滚刷安装
(2)冷凝法
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从烟道采样点取一定体积的烟气，使之通过冷凝器，测定烟气通过冷凝器前后所得到的冷凝水的质量；同时测定通过冷凝器后烟气的温度，查出该温度下气体的饱和蒸气压，计算出从冷凝器出口排出烟气中的含水量。冷凝水质量与冷凝器出口排出烟气中的含水量之和即为烟气中水蒸气的含量。
烟气中的含湿量按下式计算：
式中：GW——冷凝器中的冷凝水量，g；
Vs——测量状态下抽取烟气的体积，L；
PZ——冷凝器出口烟气中饱和水蒸气压（kPa），可根据冷凝器出口气体温度(tr)查表得知。
(3)干湿球湿度计法
干湿球湿度计是由两支完全相同的温度计组成，其中一支温度计的球（温包）用一浸入水的棉织物包住，使它经常处于润湿状态，称为湿球温度计；另一支为干球温度计。
烟气中的含湿量按下式计算：
式中：Pbv——温度为Tb时的饱和水蒸气压力，mmHg；
Tc——干球温度，℃；
Tb——湿球温度，℃；
Pb——通过湿球温度计表面的气体压力，mmHg；
Ps——测点处烟气的静压，mmHg；
Pa——大气压力，mmHg。
五、固定污染源烟尘浓度的测定
(1)测定原理
抽取一定体积的含尘烟气，使之通过一个已知质量滤尘装置，烟气中的烟尘被阻留在滤尘装置的滤料上，称量滤尘装置的质量，根据滤尘装置采样前后的质量差，求出单位体积烟气中的含尘量。
(2)注意事项
烟道内粉尘浓度的分布是不均匀的，为了测出具有代表性的含尘浓度，监测时必须注意：①多点采样求平均值确定烟尘浓度；②采样必须采用等速采样法。
(3)等速采样法
控制烟气进入采样嘴的速度(vn)与采样点烟气流速(vs)相等时进行采样，这种方法称为等速采样法。等速采样法可以避免vn大于或小于vs时产生的测定误差。当采样速度(vn)大于采样点的烟气流速(vs)时，处于采样管边缘的一些大颗粒，由于本身的惯性作用，不能随改变了方向的气流进入采样管，使采样所得的浓度低于实际浓度，导致测量结果偏低。当采样速度(vn)小于采样点烟气流速(vs)时，情况正好相反，处于采样管边缘的一些大颗粒，本应随流线绕过采样管，但由于惯性作用，继续按原来的方向前进，进入采样管内，使采样所得的浓度高于实际浓度，测定结果偏高；
只有vn＝vs时，气体和尘粒才会按照它们在采样点的实际比例进入采样嘴，采集的烟气样品中烟尘浓度与烟气实际浓度相同。
(4)保证等速采样的措施
等速采样时维持等速的方法很多，有预测流速法、平行采样法、等速管法等。
①预测流速法
这种方法是在采样前测出烟道断面上各测点的流速，然后根据各测点气流速度及采样嘴进口直径，计算出各点的采样流量，采用流量计控制流量进行采样。
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②平行采样法
该方法是将S形皮托管、测温装置和采样管固定在一起插入采样点处，将测量的烟气温度、压力等有关参数输入计算机，计算出等速采样的流量。平行采样法适用于烟气工况不太稳定的情况，采样时可根据温度、压力变化情况，随时调节采样流量，维持等速采样，减小由于烟气流速改变带来的采样误差。
③等速管法(或压力平衡法)
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