废气现场监测培训课件

废气现场监测培训讲义青岛崂山应用技术研究所2015年3月目录123崂应发展现状定电位电解法、溶液吸收法及紫外、红外光学法在污染源监测工作中的适应性针对3012H烟尘气测试仪在污染源监测过程中遇到的问题及解决方案崂应发展现状1崂应发展现状11988年，27年成立时间2仁义礼智信温良恭俭让精神4自建43000m²办公楼办公环境626个客服站、数十余部巡检车服务能力崂应具备完善先进的管理体系、科技体系、销售体系、生产体系、服务体系。3环境监测仪器产品5全国及海外销售网络自建43000m²崂应（青岛）生产基地2定电位电解法、溶液吸收法及紫外、红外光学法在污染源监测工作中的适应性概述…三种方法崂应3012H型自动烟尘（气）测试仪崂应3072型智能双路烟气采样器崂应3023型紫外差分烟气综合分析仪崂应3026型红外烟气综合分析仪的基本原理、执行标准、日常监测中的应用2.1.1溶液吸收法-烟道排气组分由于气态和蒸汽态物质分子在烟道内分布不均匀，虽不需要多点采样，但在靠近烟道中心的任何一点都可采集到具有代表性的气样。同时，气体分子质量极小，可不考虑惯性作用，故也不需要等速采样。2.1溶液吸收法（例：崂应3071、3072型烟气采样器）气体组分氮气、氧气、二氧化碳和水蒸气等。测定目的考察燃料燃烧情况和为烟尘测定提供计算烟气密度，分子量等参数的数据。微量有害气体组分一氧化碳氮氧化物硫氧化物硫化氢等2.1.1烟道排气组分（包括气体组分、微量有害气体组分）图1：仪器的原理图2.1.1溶液吸收法-烟道排气组分2.1.1溶液吸收法-烟道排气组分如在现场用仪器直接测定，则用抽气泵将气体通过采样管、除湿器抽入分析仪器。因为烟气湿度大、温度高，烟尘及有害气体浓度大，并具有腐蚀性，故在采样管头部装有烟尘过滤器，采样管需要加热或保温并且耐腐蚀，防止水蒸气冷凝而导致被测组分损失。被采样气体经过恒温加热管、吸收瓶、干燥筒后，流过孔口流量计，将流量信号送微处理器进行处理，得出瞬时流量并累加采样体积，并根据采集到的计前温度、计前压力及当前大气压，换算成标况体积，当采样流量值与设定流量不同时，自动调节采样泵的抽气动力，使采样流量恒定在设定值上。如下图2，粗线表示气路连接，细红线表示电路连2.1.2溶液吸收法-仪器的结构流程图2.1.3溶液吸收法-优势与劣势•仪器成本及价位低•不存在其他烟气组分的交叉干扰•配置不同试剂测试多种气体优势•不能直读•受现场环境的影响大劣势2.2崂应3012H烟尘（气）测试仪烟气部分（定电位电解法）电化学测试方法又称为定电位电解法，是国家对二氧化硫、氮氧化物的标准测定方法之一。（HJ/T57-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》HJ693-2014《固定污染源废气氮氧化物的测定定电位电解法》）。待测气体经过除尘、去湿后进入传感器气室，经由渗透膜进入电解槽，使待测气体在传感器内部被电解，导致传感器内部导电离子浓度发生变化。通过测量流过两电极的电解电流可以准确感知被测气体浓度的变化，在适当的范围内，电解电流与被测气体浓度呈良好的线性关系，根据电解电流的大小反算出待测气体的浓度。2.2.1定电位电解法电化学气体传感器工作原理2.2定电位电解法-基本结构在一个塑料制成的筒状池体内安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体在电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。2.2.2定电位电解法-基本结构可测量SO2、NO、NO2、CO、H2S等气体，但这些气体传感器灵敏度却不相同，灵敏度从高到低的顺序是H2S、NO、NO2、SO2、CO，响应时间一般为几秒至几十秒，一般小于1min；由于传感器的制作对工艺和材料的特殊要求，目前仍然主要依赖进口，成本较高。图3：定电位电化学气体传感器的结构图A、现场数据直读，降低了劳动强度，提高了工作效率和测试的准确性；B、该方法的气体测试仪应用广泛；C、体积小、重量轻，便于携带；A、存在时效期，需要定期更换；B、存在其他组分的交叉干扰；C、部分气体存在水份吸附情况；2.2.3定电位电解法-优势与劣势优势劣势2.3紫外差分烟气分析仪（光学法）•紫外吸收光谱原理•差分吸收光谱技术(DOAS:DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy)是一•种光谱监测技术,其基本原理就是利•用空气中的气体分子的窄带吸收特性•来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强•度来推演出气体的浓度，凭借高分辨•率、高准确度和出色的抗干扰能力,DOAS技术在废气及大气监测领域•内在国外已经被广泛应用2.3.1光学法-紫外吸收光谱原理紫外差分方法的具体原理：基于Lambert-Beer定律，测量200~400nm的光信号，通过参比波长来分析去除水分和粉尘的干扰得到差分信号，与标准差分吸收截面做拟合得到气体的浓度。2.4红外烟气综合分析仪（光学法）本仪器采用多组分高精度NDIR(非分散红外吸收法)测量原理，主要用于污染源排放管道中有害气体成分的测量。采用进口长光程多组分检测器件、创新抗干扰算法、传感器及新材料领域的高新技术，可在严寒地区工作。1.分析仪主机2.烟气预处理器（自动排水）3.热敏打印机4.皮托管2.4.1光学法-红外吸收法原理•抽取含有特定气体的烟气，进行除尘、脱水处理后通过红外分析气室，•应用非分散红外吸收法，气体吸收的光学能量与气体浓度成对应关系，•所以通过测量吸收的能量可以计算出气体的瞬时浓度，并优化减小水汽•干扰；同时根据检测到的烟气排放等参数计算出气体的排放量。2.5光学法-优势与劣势优势A、无需复杂的预处理装置，水分和粉尘对测量结果影响不大；B、探测下线低，温漂小；C、基本不存在其他组分的交叉干扰；D、不存在传感器失效问题；E、可实现高、低量程二氧化硫的自动切换，保证测试精度；F、可做为时段性的烟气排放浓度的连续监测；劣势：价位较高3针对崂应3012H烟尘气测试仪在污染源监测过程中遇到的问题及解决方案3.1电化学传感器时效说明电化学气体传感器大都是以水溶液作为电解质，电解质的蒸发或污染常会导致传感器的信号下降，使用寿命短；由于在空气中有被测物质存在，传感器中的有效成分被消耗，因此传感器一旦被启封就视为使用，即使没用于测量，它的寿命也在缩短，电化学传感器寿命期望值为2年，但使用寿命与现场测试浓度、使用频率以及采样结束后是否及时清洗有关，采样时注意传感器保护。注意事项•1、仪器烟气校零时，一定要在清洁的空气中。•2、对于装有粉尘过滤装置的仪器，要及时更换过滤芯，避免粉尘进入传感器内，污染传感器。•3、测量完毕后，不要立即关机，仪器必须在清洁空气保持运行时间5～10min，待仪器气体显示值尽量接近零值，保持仪器内部处于新鲜空气的环境，方关机或停泵。3.1.1烟气流量对电化学仪器的影响日常监测过程中往往只注重电化学传感器时效性和准确性，而忽略烟气采样流量，影响监测数据。这是因为电化学传感器对流量的变化极为敏感。通常电化学类烟气分析仪的测试读数与采气流量呈“正相关”。HJ/T57-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》标准特别强调：“采气流速的变化直接影响仪器的测试读数”。国家环境监测总站《火力发电业建设项目竣工环境保护验收监测技术规范》中也写道：“定电位电解法监测仪器对采样流量要求甚严，监测数据的显示与采样流量的变化成正比，当仪器采样流量减小时（例如烟道负压大于仪器抗负压能力），监测数据明显变小。在使用时为了减少测定误差，仪器的工作流量应与标定（校准）时的流量相等”。3.1.1烟气流量对电化学仪器的影响而烟道内烟气，既有正压工况的，也有负压工况的，甚至存在压力忽大忽小的变化工况。极端情况下，有些烟道还存在很大的负压，针对大多数烟道负压的情况居多，我们建议在负压高的情况将烟气分析仪的烟气进气端和出气端都连接管子，同时伸到烟道中，这一措施能避免抽不出气的问题。而现场测试过程中，流速对测量结果的影响往往难以暴露，只有当测试数据明显偏离时才会引起注意。所以对仪器操作人员提出了较高的要求，必须严格控制仪器标定和采样的流量，尽量保持一致。3.1.1烟气流量对电化学仪器的影响3.1.2气体交叉干扰对电化学仪器的影响电化学传感器的生产厂家英国CIT公司也明确给出了气体交叉干扰的参考数据(表1)：干扰气传感器SO2NONO2COH2SSO21000-12030NO5100-20035单位：（%）表1电化学传感器的交叉干扰参考数据电化学传感器通过设置不同的电极电位，使得传感器对应某一特定气体敏感，从而达到测定的目的。但对于电极电位相似的气体，会产生交叉干扰。•实际的应用中，燃油炉、燃气炉、水泥厂的监测过程中会出现SO2、NO测定值明显偏低或检测无的情况，主要是因为排放烟气中NO2的干扰原因。•在化工工况典型的会排放复杂的气体如：氨气、硫化氢、乙炔等。•往往会出现SO2测定值明显偏大的情况，主要是因为排放烟气中CO的干扰原因。二氧化硫是钢铁企业常见的污染物,烧结过程中排放的二氧化硫约占总排放量的60%以上。由于国内尚无专项烧结烟气脱硫技术,因此烧结烟气脱硫项目被列为我国至2020年钢铁行业科技发展指南中的重点研发课题。目前烧结工况SO2的监测一直困扰着监测人员。烧结工况普遍会产生浓度较高的CO，国内目前普遍选用定电位电解法而该方法中SO2会与CO形成交叉干扰，造成数据的偏差。虽然这些气体的交叉干扰已知，但由于干扰值的非线性和非重复性，电化学仪器也无法对干扰值进行有效补偿。3.1.2气体交叉干扰对电化学仪器的影响所以当监测数据异常时，还必须选用其他测试方法重新测试：溶液吸收法：举例崂应3072型智能烟气采样器光学法：举例崂应3023型紫外差分烟气综合分析仪、崂应3026型红外烟气综合分析仪3.1.2气体交叉干扰对电化学仪器的影响崂应3072型智能烟气采样器崂应3023型紫外差分烟气综合分析仪崂应3026型红外烟气综合分析仪3.2.1高湿工况对烟气的影响及解决方法高含湿量的烟气进入取样管路后,由于温度下降超过露点温度,取样管路将产生冷凝水,并会吸收一部分烟气中的SO2,导致进入传感器的SO2浓度降低,造成监测结果出现负偏差甚至无。解决方法：针对上述情况监测时一定采用脱水效率高的前处理装置，保证进入到测试仪为干燥气体，防止水汽的吸附。长期使用仪器后，由于烟气湿度的影响，在电化学传感器的渗透膜表面会形成结露水；结露水会影响气体分子的渗透，从而导致测量结果偏低，甚至测试不到目标污染物。3.2.2脱硝等高温工况特点及解决方法因烟温高仪器常规配置的烟气取样器或烟气预处理器配备的四氟乙烯管，其最高耐温为260℃，经常会出现在脱硝工况中四氟乙烯变软甚至冷却后堵住管路的现象。解决办法：将烟气取样器或预处理器管壁由四氟乙烯改为钛材质。3.3.1高湿工况对烟尘的影响及解决方法•高湿状态下颗粒物的采集，经常会出现滤筒抽破的现象，无法实现现场监测•解决方案：1.滤筒伴热•2.采用刚玉滤筒采样3.3.2高温工况对烟尘的影响及解决方法•高温状态下就会出现滤筒成破损状，也是无法实现正常监测•解决方案：1.采用刚玉滤筒采样•2.输入烟温•3.定制耐高温材质取样管3.3高寒地区的现场监测及解决方法北方冬季寒冷是困扰我们监测的一大难题。经常出现如下症状：1、烟尘取样管后端与主机的连接管结冰现象；2、显示屏在高寒环境下不显示的现象；3、烟尘、烟气泵不运行的现象等。解决方法：对于烟尘取样管后端与主机的连接管结冰现象可采用全程伴热装置解决上述问题；对于显示屏在高寒状态下存在不显示的现象和烟尘、烟气泵不运行的现象可采用整机加热恒温箱保证主机正常工作。3.4采集烟尘时低浓度现场监测及解决方法解决方案：可将烟尘取样管升级为滤膜加热，弯管以及滤膜整体称重，从而提高其捕集效率。国家和山东省近期颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB1322