烟气流量及含尘浓度的测定

一、测试的意义和项目

大气污染的主要来源是工业污染源排出的废气，其中烟气造成的危害极为严重。因此，烟气含尘测试是大气污染源监测的主要内容之一。测定烟气的流量和含尘浓度对于评价烟气排放的环境影响，检验除尘装置的功效有重要意义。

测试项目如下：

（1）除尘设备处理烟气量

（2）烟气温度、压力、含湿量等参数和烟气流速流量 （3）测试除尘设备运行时烟气的排放浓度

二 、测试原理

（一）采样位置的选择

正确的选择采样位置和确定采样点数目并符合测试要求是非常重要的。采样位置应选取气流平稳的管段，距弯头、变径管等其他干扰源，下游方向大于6倍当量直径，上游方向大于3倍当量直径。选择时应优先考虑垂直管段，当位置有限不能满足上述要求时，可根据实际情况选取相对比较适宜的管段做为采样位置。下面说明不同形状烟道采样点的布置。 1、圆形烟道：

在选定的测试断面上，设置相互垂直的两个采样孔，再把烟道分成一定数量的同心等面积圆环，通过采样孔沿该断面的直径方向，在每个等面积圆环上各取两个点作为采样点，如图1所示。采样点数按表1确定。

图1 圆形烟道采样点（此图依照5环一测点共10点设计）

表1 圆形烟道等面积圆环和采样点数 烟道直径/m 环数 采样点数（单孔统计） ≤1 1 2 1~1.5 2 4 1.5~2.5 3 6 2.5~3.5 4 8 3~5 5 10 注：当烟道直径超过5m时，按每个圆环面积不小于4m2计算。 各采样点距烟道中心的距离按式（1）计算： RiR2i1……………………(1) 2n式中：Ri——采样点距烟道中心的距离，m； R——烟道半径，m；

i——自烟道中心算起的采样点顺序号； n——划分环数。

为了方便起见，采样点的位置可用采样点距烟道的内壁距离表示。采样孔入口端至各采样点烟道直径倍数见表2

表2 采样点距烟道内壁的烟道直径倍数 采样点号 环数 1 2 3 4 5 1 0.146 0.067 0.044 0.033 0.022 2 0.8 0.250 0.146 0.105 0.082 3 0.750 0.294 0.195 0.145 4 0.933 0.706 0.321 0.227 5 0.8 0.679 0.344 6 0.956 0.805 0.656 7 0.5 0.733 8 0.967 0.855 9 0.918 10 0.978 2、矩形烟道 将烟道断面分成若干个等面积小矩形，使小矩形相邻两边之比接近于1，每个小矩形中心即为采样点（见图2）。采样点数见表3

图2 矩形烟道采样点位置（N，n分别为采样点排数和列数）

表3 矩形烟道采样点数 烟道断面积/m2 等面积小矩形数 采样点数 ≤1 2X2 4 1~4 3X3 9 4~9 3X4 12 9~16 4X4 16 16~20 4X5 20 注：当烟道面积大于20m2时，按小矩形边长不超过1m划分。 （二）烟气状态参数的测定

烟气状态参数包括压力、温度、相对湿度和密度。 1、压力

测量烟气压力：多功能取样管测端有测量压力的相反开口，如图3所示，测定时将多功能取样管与测试仪器用橡皮管连好，一个开口面向气流，测得全压；另一个背向气流，测得静压；两者之差便是动压。由于背向气流的开口上吸力的影响，所得静压与实际值有一定误差，因而事先要加以校正（仪器自动校正）。

图3 测试烟气全压和静压

注：对电子仪器静压校准，把接仪器静压端的连接橡皮管接到U型管压力计的一端，U型管两个液面就出现高度差Δh,实际压力计算见式（1）

Pgh…………………………………………………(1)

式中ΔP—烟气的压力值，Pa； ρ—工作液体密度，kg/m3； g—重力加速度，m/s； Δh—U型管两液面差，mm。

当用酒精或水做工作液时，U型管压力计测量误差为10~20Pa（即1~2mmH2O）。

2、温度

将烟尘多功能取样管上的温度探头插入烟道的测点处，待仪器上温度数值稳定后读数。

3、相对湿度

烟气含湿量是指烟气中与1kg干空气存的水气量，通常用湿烟气中水气含量的体积百分数表示。其测试方法用干湿球法。

3.1、干湿球法

干球温度是烟气的实际温度，用普通玻璃液体温度计测量。

湿球温度是在玻璃液体温度计的温包上裹以湿纱布，纱布的一端浸入水中，在平衡状态下该温度计所指示的温度称为烟气的湿球温度。

使烟气在一定的流速下流经干湿球温度计。根据干、湿球温度计的读数和测点处的压力，计算出烟气的水汽含湿量。

用干湿球法测试烟气中水气含量的体积百分数按式（2）计算。

XswPbv0.00066(tctb)(BaPs)100…………(2)

BaPs式中：Xsw—烟气中水汽含量的体积百分数，%；

Pbv—温度为tb时饱和水蒸气压力（由附录A表A1查得），kPa； tc—干球温度，℃； tb—湿球温度，℃；

Pb—通过湿球温度计表面的烟气压力，kPa； Ba—当地大气压，kPa； Ps—烟气静压，kPa。

4、湿烟气密度计算见式（3）

273BaPs1.34…………………………(3)

273ts101.325注：1.34kg/m3为标况湿烟气密度。 式中：ρ—烟气密度，kg/m3；

Ba—当地大气压强，kPa；

Ps—烟气动压，kPa；

ts—烟气温度，℃ (三)烟气流量的计算 1、烟气流速的计算

计算烟气流速见式4：

Vs1.414KpPd………………………………(4)

式中：Vs—烟气流速，m/s； Kp—皮托管系数,0.84； Pd—烟气动压，Pa； ρ—烟气密度，kg/m3。

p1/2－各动压方根平均值，Pa

pp1 p2p nn式中：P－任一点的动压值，Pa n－动压的测点数。

烟气流量计算见式（5）

QsVSF3600……………………………………(5)

式中：Qs—烟气流量，m3/h； Vs—烟气流速，m/s； F—烟道横截面积，m2。 （四）烟气含尘浓度的测定

对排放的烟气颗粒浓度的测定，一般采用从烟道中抽取一定量的含尘烟气，由滤筒收集烟气中颗粒后，根据收集尘粒的质量和抽取烟气的体积求出烟气中尘粒浓度。为取得有代表性的样品，必须进行等动力采样，即尘粒进入采样嘴的速度等于该点的气流速度，因而要预测烟气流速再换算成实际控制的采样流量。图4是等动力采样的情形，图中采样头与气流平行，而且采样速度和烟气流速相同，即采样头内外的流场完全一致，因此随气流运动的颗粒没有受到任何干扰，仍按原来的方向和速度进入采样头。

图4 等动力采样

另外，在水平烟道中，由于存在重力沉降作用，较大的尘粒有偏离烟气流线向下运动的趋势，而在垂直烟道中尘粒分布较均匀，因此应优先选择在垂直管段上取样。

根据滤筒在采样前后的质量差以及采样的总质量，可以计算烟气的含尘浓度。

1、采样体积的计算

采样体积按式（6）计算：

VndV273BPsa……………………………(6)

273ts101.325式中：Vnd—标准状态下的干燥烟气采样体积，L； V—实际工况下的干燥烟气采样体积，L； Ba—当地大气压，kPa；

Ps—流量计前烟气压力，kPa； ts—流量计前烟气温度，℃。

2、烟气含尘浓度的计算

烟气含尘浓度按式（7）计算：

g2g1C106………………………………(7)

Vnd式中：C—标准状态下烟气的含尘浓度，mg/Nm3；

g2—滤筒终重，g； g1—滤筒初重，g；

Vnd—标准状态下的干燥烟气采样体积，L。

三、测试仪器和工具

（1）崂应3012H型自动烟尘(气)测试仪：1台； （2）玻璃纤维滤筒：若干； （3）镊子：1支；

（4）分析天平：分度值120g/0.1mg，1台； （5）烘箱：1台； （6）卷尺：1个； （7）U型管压力计：1个； （8）大气压力表：1个；

（9）防烫手套，安全带，干燥颗粒，电缆等配套工具。

四、测试方法

1、联系用户，提供以下便利条件：

交流电源：AC220V±10%,50Hz、烘箱、合理的φ120mm测试孔、以及用户配合

2、滤筒的预处理

测试前先将滤筒编号，然后在105~110℃烘箱中烘1小时,取出后置于干燥器内冷却20min或冷却至室温，再用感量0.1mg天平称量，放入专用容器中保存。

3、采样位置的选择

根据烟道的形状和尺寸确定采样点数目和位置。 4、烟气状态和环境参数的测定

使用大气压力表测量当地大气压并记录，然后使用测试仪的测控系统根据各种传感器检测到得静压、动压、温度及含湿量等参数，计算出烟气流速、等速跟踪流量，计算烟气的流速和流量。同时记录环境温度。

5、按仪器的使用说明书连接仪器并测量：

烟尘采样注意事项：

（1）把预先干燥、恒重、编号的滤筒用镊子小心装在采样管的采样头内，再把选定好的采样嘴装到采样头上。

（2）将采样管连接到烟尘浓度测试仪，调节流量计使其流量为采样点的控制流量，找准采样点位置，将采样管插入采样孔，使采样嘴背对气流预热10min后转动180o，即采样嘴正对气流方向，同时打开抽气泵的开关进行采样。

（3）逐点采样完毕后，关掉仪器开关，抽出采样管，待温度降下后，小心取出滤筒保存好。

（4）采尘后的滤筒称重。将采集尘样的滤筒放在105~110℃烘箱中烘1h，取出置于玻璃干燥器内冷却20min或冷却至室温后，用分析天平称重。

附录：崂应3012H型自动烟尘(气)测试仪

崂应3012H型自动烟尘（气）测试仪融合了当今最新的信号处理、计算机、传感器及新材料等领域的高新技术，可供环保、卫生、劳动、安监、军事、科研、教育等部门用于各种锅炉、炉窑烟尘（气）的排放浓度/总量的测定。

1、工作原理:

1、颗粒物等速采样原理：将烟尘采样管由采样孔放入烟道中，将采样嘴置于侧点上，正对气流方向，按等速采样要求抽取一定量的含尘气体，根据滤筒捕集的烟尘重量以及抽取的气体体积，计算颗粒物的排放浓度及排放总量。

测试仪的测控系统根据各种传感器检测到得静压、动压、温度及含湿量等参数，计算出烟气流速、等速跟踪流量，测控系统将该流量与流量传感器检测到的流量相比较，计算出相应的控制信号，控制电路调整抽气泵的抽气能力，使实际采样体积换算为标况采样体积。

2、含湿量测量原理：测试仪控制传感器测量、采集湿球、干球表面温度以及通过湿球表面的压力及排气静压，结合输入的大气压，同时根据湿球表面温度自动查出该温度下的饱和水蒸气压力—Pvb，根据公式计算出烟气含湿量。

3、含氧量测试原理：将采样管放入烟道中，抽取含有O2的烟气，使之通过O2电化学传感器，检测出O2的瞬时浓度，同时根据检测到得O2浓度，换算出空气过剩系数α。

4、定电位电解法气体传感器工作原理：将采样管放入烟道中，抽取含有特定气体的烟气，进行除尘、脱水处理后通过电化学传感器，分别发生电化学反应，传感器输出的电流的大小在一定条件下与气体的浓度成正比，所以测量传感器输出的电流即可以计算出气体的瞬时浓度；同时仪器根据检测到的烟气排放量等参数计算出气体的排放量。

2、主要技术指标：

项目 动压 全压 采样流量

测量范围 0～2000Pa

准确度 ≤±2.0%

项目 静压 计前压力 烟温 数据存贮 气泵负载 工作电压

测量范围 －30～30KPa －30～0KPa

准确度 ≤±4.0% ≤±2.5%

－30～30KPa ≤±4.0% 5～80L/min

≤±2.5%

0～500℃（可扩充） ≤±3.0℃

200组

计前温度 －30～150℃ ≤±2.5% 跟踪响应 功耗

<8s ≤100W

阻力在20Kpa时，≥40L/min AC220V±10%,50Hz或者DC12V

3、整机连接示意图：