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烟气过滤器
烟气过滤器在测量气体组分时用于去除烟气中的烟尘和水分。其结构如图3.8所示。
⑴ ⑶
⑵ ⑷
图3.8 烟气过滤器结构图
⑴_预过滤器(玻璃砂芯) ⑵_接烟气枪后相连的进气管
⑶_出气管,接转子流量计 ⑷_过滤器主体
湿度检测器
TH-880Ⅳ的湿度测量是通过湿度检测器与主机相连接配合完成的。湿度检测器是由含湿量传感器与含湿量采样器组成。湿度检测器和含湿量传感器的结构见图3.9和图3.10。
⑴ ⑵ ⑶ ⑷
⑴_含湿量采样管 ⑵_储水罐 (放入略少于1/3罐高的纯净水))
⑶_含湿量传感器 ⑷_传感器信号电缆线
图3.9 湿度检测器
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
图3.10 含湿量传感器及分解图
⑴_传感器信号电缆线 ⑵_湿烟气出口,用软管连接主机气体洗涤器入口
⑶_吸水性良好的纱布 ⑷_密封圈
⑸ð储水罐(放入略少于1/3罐高的纯净水)
注意:仪器进行烟尘采样时,将含湿量传感器从仪器上取下,以提高含湿量传感
器的使用寿命。
气体洗涤器和硅胶干燥器
气体洗涤器和硅胶干燥器是用于去除烟气中的SO2和水分的。
警告:气体洗涤器中所盛双氧水应位于
两红线之间!
图3.7 气体洗涤器和硅胶干燥器
更换滤清器
烟尘采样时,在硅胶干燥器出口和主机烟气进口(主机面板干燥塔处)直接应加接此部件,其目的是除去来自硅胶干燥器中的粉末,保护烟尘采样泵。连接时候应注意箭头所指方向(箭头方向应与烟气流动方向一致)。如图4.2所示。
使用时,若发现其明显变黑,表明其内沉积的烟尘或粉末太多,应及时更换,否则影响使用效果。
图6.2 滤清器结构示意图
6.1.4 更换硅胶干燥器中的硅胶
硅胶干燥器中应为蓝色的硅胶,若有2/3以上变为粉红色则应更换,如图6.3所示。仪器工作完毕后将密封盖盖严,以防止硅胶受潮变色。
图6.3 变色硅胶的更换示意图
3.2.1.5 烟尘采样嘴
为了配合不同的烟气流量,TH-880Ⅳ配置了不同直径的采样嘴(分别为Φ4、Φ5、Φ6、Φ7、Φ8、Φ10、Φ12、Φ14),各种类型的采样嘴详见图3.11。
图3.11 烟尘采样嘴
3.2.1.6 烟尘采样器
⑵ ⑶
⑷ ⑸ ⑹⑺ ⑻
⑴
图3.12 烟尘采样器结构图
⑴ð烟尘采样管烟气入口 ⑵ð皮托管检测入口 ⑶ð烟尘采样管
⑷ð护手套(可前后移动并固定) ⑸ð烟尘采样器烟气出口 ⑹ð烟温测量电缆接口
⑺ð皮托管检测出口 ⑻ð把手
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸
图3.13 烟尘采样器出口端部件示意图
⑴ð烟尘采样器烟气出口(用ф10×15的硅胶管与主机气体洗涤器的入口相连)
⑵ð烟温测量电缆接口(用烟温变送器与主机上的烟温接口相连)
⑶、⑷ð烟气压力检测出口(用ф4×7的硅胶管与主机“动压+、-”端口相连)
⑸ð把手
⑹ ⑸ ⑷ ⑶ ⑵ ⑴
图3.14 烟尘采样探头
⑴ð压差检测(+),用于测量烟气动压 ⑵ð烟尘采样器入口
⑶ð压差检测(-),用于测量烟气静压 ⑷ð测温热电偶
⑸ð烟尘收集滤筒密封螺帽 ⑹ð烟尘收集滤筒箱
烟尘采样注意事项
检查气体洗涤器中双氧水和硅胶干燥器中硅胶是否有效。
A. 气体洗涤器中应为无色、透明、浓度为3%的双氧水,若变色或浑浊应更换。
B. 硅胶干燥器中应为蓝色的硅胶,若有2/3以上变为粉红色则应更换。
警告:⑴ð气体洗涤器中的双氧水应位于其瓶所标两红线之间,超出此范围都是危险的。
在已确定被测烟道中烟尘湿度和需用的采嘴直径D的前提下,才可以进行烟尘采样。
² 烟尘采样的操作方法:
1. 在进行烟尘采样测量之前,请按图4.26将4.1.2节中所述处理好的新滤筒装入烟尘采样器的滤筒箱中;按图4.27拧上采样头和烟尘采样嘴。采样头拧紧后,烟尘采样嘴和皮托管上烟气动压气嘴的方向应保持一致,如图4.28所示。(注意:采样时,采样嘴与气流方向的偏差不得大于5o)
烟尘采样嘴
滤筒
图4.26 滤筒的安装方法示意图
图4.27 采样嘴和采样弯头的安装示意图
动压“+”
烟尘采样嘴
锁紧螺母
滤筒箱
图4.28 烟尘采样嘴的固定方向示意图
警告:只能用镊子将已编号且称重的新滤筒装入采样管的滤筒箱内,而不能用手去
拿滤筒,以防沾污滤筒。
1.配3%双氧水装入气体干燥器中不能超过加液上限,低于加液下限加双氧水。不工作时将其密封,防止液体流入仪器内。
2. 每次完成烟气测试后,需抽空气(3~5)分钟,以保证下次测量的准确性和保护传感器的使用寿命。
3. 含湿量传感器储水罐中的水不宜超过1/3,防止因湿度过大影响测量结果,使用中严禁倒置,使用完毕后,需将残水倒掉。
4. 仪器长时间闲置不用时,应每个月通电开机一次。
5. 仪器通电时需使用单相三孔插座;仪器机壳须接地;在静电场所,采样器必须接地。
6. 为了用户在工作时能安全使用本机,随机备有带鳄鱼夹的地线两根,使用时分别夹住机
壳与烟枪接地位置。另一端必须保证可靠地与大地相连;否则会损坏仪器和使操作者触
电。
7. 含湿量传感器自锁航空插头在插入或拔起时应注意:插入时应捏住插头尾部,拔起时应捏住自锁扣。
8. 严禁将380V电源直接接入主机,由此引起的电机或仪器的损坏,我公司不予保修。
9. 在采样中,如果停电或无意关机,当时的仪器状态可保存,来电或开机后仪器继续工作。
10. 烟道内静电干扰较大时,可先测烟温,然后采用手动输入烟温数值,并在正式采样中从主机上拔除热电偶传感器,以避免高压静电对仪器产生干扰。
15. 采样时,持采样器的用户应配套防护手套,以防烫伤,采样孔要用毛巾堵塞采样管以外的空隙,以防外部空气进入烟道影响测量结果。
仪器基础理论知识
4.1 TH-880测量前的准备工作
为了顺利完成各项测量工作,用户在测量前应作必要的准备。主要包括现场准备、实验室的准备和开机前的准备。
4.1.1 现场踏勘与资料收集
用户在进入现场进行实际测量之前,应对目标现场进行实地踏勘,并收集与测量项目相关的资料和信息,建议做如下工作:
1. 现场的地理位置,海拔高度,周围的地形,烟气扩散情况,有无明显阻挡。
2. 现场大气参数:大气压力,平均年温,月温曲线,风向风速(测量时记录)。
3. 被测对象的设备运行情况及设备参数(如锅炉结构类型,型号,额定出力系数,空气过量系数,…)燃煤类型及燃烧效率,除尘设备类型及除尘效率,烟囱高度及口径。
4. 据前观察,初步确定测点位置、测点数目及测点分布:
A. 选择测试开孔位置的理论依据:
烟道中烟气速度场和烟尘浓度场的分布是不均匀的。一般情况下,速度场是中心处速度快,靠近管壁处的速度慢。而烟尘浓度场,在垂直烟道中,中心处烟尘粒子较小,浓度也较低;靠近管壁处的烟尘粒子较粗,浓度也较高。而在水平管道中,上部烟尘颗粒较细,浓度也低;而下部颗粒较大,浓度也偏高,特别是在烟气流速较低的烟道中更为明显。另外,烟道(从锅炉出口至烟囱入口)在走行中也有拐弯、风机、闸门等变径处,这些地方的气流因受干扰而产生涡流,严重影响速度场和浓度场的分布。因此,采用等速采样重量法测定烟尘浓度时,测量结果是否准确,是否有代表性,在很大程度上取决于测试开孔位置选择的正确与否。
B. 选择测试开孔的原则:
⑴ 尽可能将测试开孔位置选在烟囱或地面管道气流平稳的平直管段上,而且应优先选择垂直管道。
⑵ 测孔位置距弯头、风机、闸门等变径处其下游方向要大于6倍直径,在其上游方向要大于3倍直径。如果现场条件确实满足不了上述要求,测孔位置距拐弯或变径处的距离,最少不能低于1.5倍直径,而且要适当增加断面测点数。
⑶ 测孔附近要尽量开阔,采样时烟尘采样管送取方便,必要时应设置采样平台,采样平台应有足够的工作面积使工作人员安全、方便地操作。平台面积不应小于1.5m2,并设有1.1m高的护栏和不低于10cm的脚部挡板,采样平台的承重应不小于200kg/ m2,采样孔距平台面约为(1.2~1.3)m。
⑷ 采样断面的烟气流速一般应大于5m/s。
C. 采样孔结构
⑴ 测试开孔直径一般为75mm,外面焊上一个短管,用丝堵拧上,用时打开;或采用带盖板的法兰。
⑵ 当遇烟道为正压状态时,为了防止高温烟气外喷,保证操作人员的安全,测孔应设置防喷装置(本文中提到的带盖法兰作用与此相同)。
D. 委托单位的准备工作
⑴ 在选定的管道上按要求开测试点孔,焊上丝堵(或带盖法兰)。
⑵ 向司炉人员交待清楚测试目的,并要求与测试人员密切配合,避免人为因素的干扰。
⑶ 按要求准备足够的测试用煤,保证测试期间运行负荷稳定,并满足测试工况的要求。
⑷ 保障现场测试条件和提供安全措施,如接通电源,搭设工作平台等。
⑸ 提供有关资料,如测试期间耗煤量、运行负荷,鼓(引)风机型号、风量及锅炉、除尘器型号和烟囱高度等。
5. 核查测量现场的供电情况及接地线的布设。
6. 野外测量时,务必对本机及相关部件采取四防(防雨、防雪、防尘及防日光曝晒)措施。
凡此种种,了解得越详细越好,并以文字和表格形式记录下来,作为重要的背景资料和历史资料,既可为实际测量作好充分的准备,又可为日后进行环境状况分析和环境评价提供重要依据,也可为政府和环保部门进行宏观决策和调控提出建议。用户千万别小看采样前的现场踏勘和资料收集,把实测结果与现场背景和过往资料联系起来分析,站在宏观角度看,往往可以找出一些规律性的东西。
4.1.2 实验室的准备工作
在确定测量项目后,根据被测对象和现场踏勘的实际情况,认真作好实验的准备工作,主要是:
1. 检查仪器工作是否正常,采样管、导气管、导压管是否畅通,传导电缆是否完好,各连
接件是否可靠,各需用附件是否齐全。
2. 对于已经运行过一段时间的仪器,对气路应进行气密性检查。
3. 采样管和采样嘴的准备:根据测试管段直径的大小来准备不同长度的采样管;而采样嘴,本公司提供了ф4~ф14一套(共8只),且携带方便,用户在现场可择需而取。
4. 皮托管需每年送计量部门检定一次,用户要核查皮托管是否在检定期内。
5. 压力、流量传感器应定期校正,其方法详见第5章。
6. 新滤筒或油烟捕集器的处理及编号:
A. 将已编号的新滤筒(可在其盒上编号)在(105~110)℃烘箱中烘1h,取出放入干燥瓶中冷却至室温,用万分之一(或以上)的天平称重。
B. 若在400℃以上的高温排气筒中采样,应使用刚玉滤筒(可在其盒上编号),在400℃高温炉中烘烤1h,取出放入干燥瓶中冷却至室温,用万分之一(或以上)天平称重。
D. 可按采样存贮数据库的采样编号进行编号。
7. 检查气体洗涤器中双氧水和硅胶干燥器中硅胶是否有效。
A. 气体洗涤器中应为无色、透明、浓度为3%的双氧水,若变色或浑浊应更换。
B. 硅胶干燥器中应为蓝色的硅胶,若有2/3以上变为粉红色则应更换。
警告:⑴ð气体洗涤器中的双氧水应位于其瓶所标两红线之间,超出此范围都是危险的。
⑵ð在测量或搬运过程中,请勿将机箱倾倒,以防双氧水溢出。
4.1.3 开机前的准备工作
野外工作时,一定要做好对仪器的防护工作。用户千万不要认为测尘的采样仪器就不怕尘。烟尘采样器是用来采集烟尘的,但是为防止烟尘进入主机内,采取了一道又一道的防护措施。
4.1.3.2 检查电源的供电和接地情况
有少数用户误从AC380V三相交流电源中拉出两根火线当作AC220V的电源。这样,其一,轻则烧掉保险丝,重则将主机内的电路板和传感器全部烧掉;其二,不少用户或地区误将AC220V的零线或中性线当地线用,这只有在确认中性线已可靠接地时方可。在三相交流电源中,中性线是为了给三相平衡提供一个公共的通路。在三相平衡的情况下,中性线上既无电压,也无电流;然而,大多数情况下,三相交流电是不平衡的。这时,若中性线接地不良,则其上既有电压,也有电流。用户用试电笔去测AC220V的火线和零线,经常发现试电笔的氖灯都亮即是例证,这就形成所谓的虚地。若仪器的地接在这样的虚地上,机壳经常麻手。有的地方采用了重复接地,即中性线和零线均接地,若当大设备的某一相发生缺相,则这时在地线上浮有很高的电压。
解决的办法有两条:
⑴ 将零线和地线分开。如当地的接地确实不理想,应单独做一接地装置(接地电阻应小于4Ω)(此工作由厂方实施)。
⑵ 理想的办法是在用户的AC220V与仪器电源之间加接一台300W的隔离变压器(1:1),如图4.1所示。我们之所以在此不厌其烦地讲述接地的重要性,实在是因为这太重要了。因为从烟囱排出的烟尘中带有大量的电荷,不仅危及操作者的安全,还会损坏仪器中的电子元器件和传感器。
图4.1 采用隔离变压器对仪器供电的接法
注意:
在图4.1中AB为一根有效截面积4mm2以上的铜线从隔离变压器连接到接地点。
TH-880Ⅳ中的参数及说明
符 号
符 号 名 称
单 位
说 明
Ba
大气压力
kPa
测点处或现场环境的大气压力(实为大气压强,单
位面积所承受的大气压力,1N/m2=1Pa,1大气压
=101325Pa=101.325kPa=760mmHg),一般大气压随
海拔升高而降低。大气压是空气受重力作用而施予
物体表面的压力,其值还与当地的温度和湿度等条
件有关
PS
烟气静压
kPa
烟气的静压,即单位体积的烟气所具有的势能,它
表现为烟气在各方向上作用于管壁的压力。当PS>
Ba时,PS>0;当PS<Ba时,PS<0,显然,烟气的静
压就是测点处烟气的势能与大气压的差值。因此,
测量静压是测量它与大气压的压差
Pd
烟气动压
Pa
单位体积的烟气所具有的动能,是使烟气流动的压力。由于动压仅作用于烟气的流动方向,故动压恒
为正值
Pt
烟气全压
Pa
Pt=PS+Pd,即全压为静压与动压的代数之和。是烟气在管道中流动所具有的总能量,它和静压一样为相对压力,可正可负。在校正S皮托管时要测量该值
BS
烟气绝对压力
Pa
BS=Ba+PS,测点处烟气的静压与该点烟气所承受的
大气压之和
Pγ
流量计前压力
Pa
烟气通过流量计的指示压力,实际表示烟气通过压差孔处所受的阻力,一般Pγ<0。假如Pγ=0,则流量
也应为0
tS
烟气温度
℃
测点处的烟气温度,TS=ts+273.15称为测点处烟气
绝对温度
tγ
流量计前温度
℃
烟气通过流量计的温度
tC
干球温度
℃
烟气通过湿度传感器时,其干球所感受的温度
tb
湿球温度
℃
烟气通过湿度传感器时,其湿球所感受的温度
VS
烟气流速
m/s
在测量状态下,烟气的自然排放速度(m/s)
续表 TH-880Ⅳ中的参数及说明
符 号
符 号 名 称
单 位
说 明
ℓdυ
等速采样流量
L/min
烟尘等速采样时的流量。
ℓdυ=0.00254×d2×VS×(1-Xsw)××BS/TS
ℓsnd
标况采气流量
L/min
ℓsnd=0.05ℓdυ×=0.000127d2×VS×(1-XSW)×BS/TS
标准状态下的采样流量
Qs
工况烟气流量
m3/h
在测量状态下,湿烟气流量(热态风量)。
Qs=3600×S×VS;S为被测烟道有效截面积(m2)
Qsnd
标干烟气流量
Ndm3/h
Qsnd=9.7×S×VS×(1-XSW)BS/TS
标准状态下干烟气流量
XSW
烟气含湿量
%
式中:Pb——烟气通过湿球表面时的指示压力(Pa);
PS——烟气静压(Pa);
Ba——大气压力 (Pa);
Pbv——湿球温度为tb时的饱和水蒸汽压力;
tc、tb——干、湿球温度。当通过湿球表面的
烟气流速大于2.5m/s时,C=0.00066
d
采样嘴直径
mm
等速采样时采样嘴直径由预测选嘴确定。
ρS
烟尘密度
kg/m3
ρS=0.0027ρN×Bs/Ts(kg/m3)
式中:Bs=Ba+Ps(Pa);
Ts=ts+273.15(K);
ts——烟温(℃);
ρN——标准状态下烟气密度
α
空气过量系数
实际供气(空气)量与理论供气量之比
Ke
锅炉出力系数
测量烟尘浓度时,锅炉必须运行在设计出力70%以上,并按锅炉运行三年和三年以上两种情况,将不同出力下实测的烟尘排放浓度乘以Ke,作为该炉额
定出力情况下的烟尘排放浓度Ce
Kp
皮托管校正系数
校正时采用的公式为Ps=Pt-K2pPd,其中Ps为烟尘静压(Pa);Pt为用S皮托管测出的全压读数(Pa);Pd为用S皮托管测出的动压读数(Pa);Kp为S皮托
管校正系数
续表 TH-880Ⅳ中的参数及说明
符 号
符 号 名 称
单 位
说 明
Csnd
标干烟尘浓度
mg/m3
在标准状态下,单位体积(m3)的干烟气所含的烟尘
量(mg)
C'
烟尘折算浓度
mg/m3
在计及空气过量系数后的烟尘浓度
Ce
额定烟尘浓度
mg/m3
在计及锅炉出力系数后的烟尘浓度
Gsnd
烟尘排放量
kg/h
在标准状态下,每小时排放的干烟尘质量
Cso2
SO2浓度
mg/m3
在标准状态下,单位体积(m3)的干烟气所含SO2量(mg)
Gso2
SO2排放量
kg/h
在标准状态下,每小时排放的SO2的质量
附录1 关于烟尘采样仪中计算公式及其说明
用户在使用过程中,经常向我们问及有关烟尘采样仪中的参数及相关参数的计算公式。其实,国家环保总局组织编写的《空气与废气监测分析方法》(第四版)中的相关章节中已作了详细说明。现就我们的理解,将烟尘和烟气组分测量时涉及的有关参数及计算说明如下,供用户参考。
1. 烟气含湿量及计算方法
首先要明确的是烟尘(烟气)含湿量的定义。水汽含量占烟气的体积百分数称作烟气含湿量。本机采用的是干湿球法测量烟气含湿量,其计算公式为:
XSW=×100% (1)
式中:XSW——烟气含湿量 (%);Pbv——湿球温度为tb时的饱和水蒸汽压力(Pa);tC、tb——分别为干球和湿球温度(℃);Ba——大气压力(Pa);Pb——烟气通过湿球表面时的指示压力(Pa);PS——烟气静压 (Pa);C——系数,当通过湿球表面的烟气流速大于2.5m/s时,C=0.00066。
2. 烟气成分参数的计算
为了计算烟气流速,先必须知道烟气密度和烟气的气体常数。为此,先了解一下烟气的成分参数。
A. 烟气过量空气系数的简化计算式为:
α= (2)
式中:α——过量空气系数;Vo2——氧气在烟气中所占的体积百分数(%)。例如,Vo2=11%,将11直接代入(2)式中,求得α=2.1
B. 标准状态下湿烟气密度的计算:
ρN=[(Mo2Vo2+McoVco+Mco2Vco2+Mn2Vn2)(1—XSW)+XSW] (3)
式中:ρN——标准状态下湿烟气密度[kg/m3(标)];Mo2、Mco、Mco2、Mn2、——相应气体的分子量;Vo2、Vco、Vco2、Vn2——相应气体的体积百分数(%)。
C. 测量状态下湿烟气的密度计算:
ρS=ρN=ρN (4)
式中:ρS——测量状态下湿烟气的密度[kg/m3(标)],Ba——测量状态下,烟气所承受的大气压力(Pa);Ps——烟气静压 (Pa);tS——测点处的烟温(℃);有的书上将BS=Ba+PS称作测点处烟气的绝对压力,将TS=273+tS(K)称作测点处烟气的绝对温度(热力学温度)。不能把热力学温度和摄氏温度弄混了。式(4)中的ρN值一般在1.29——1.35之间,在各地环保部门或当地气象部门能查到,TH-880Ⅳ中给定的默认值为1.293,用户可据各地实际值重新设置。若ρN取1.3代入式(4),则(4)式可简化为:
ρS=0.0035BS/TS (4')
当然,对ρN的精确计算还得据式(3)进行。
D. 干烟气气体常数的计算
Rsd= (5)
式中:Ro2、Rco、Rco2、Rn2分别为相应气体的气体常数:259.8,296.9,188.9,296.90(J/kg·K)。
E. 湿烟气气体常数的计算
RS= (6)
式中:RS——湿烟气气体常数(J/kg·K);——水蒸汽气体常数(461.4J/kg·K)。
当干烟气气体组分近似于空气的组分时,湿烟气的气体常数按下式计算:
RS= (7)
式中:Rsd干空气气体常数(286.7J/kg·K)。由式(7)可知,只要测出XSW就可计算出RS的值。
3. 烟气流速的计算
VS=KP (8)
式中:KP——皮托管校正系数;Pd——烟气动压(Pa);ρS——烟气密度(kg/m3);
VS——烟气流速(m/s)。
根据气体状态方程式有:PV=GRT可知P=RT=ρRT∴ρ=P/RT将此式代入式(8)得:
VS=KP (9)
式中:RS——即为式(7)所表示的烟气气体常数;TS——即为测点处烟气的绝对温度(TS=273+tS);BS——烟气的绝对压力(Pa)。
例如:用KP=0.85的皮托管测得某烟道内烟气动压Pd=83.4Pa,烟温tS=250℃,烟气静压PS=-133.4Pa,若此前测得的烟气含湿量XSW=5%,大气压Ba=100717Pa,根据式(7)求得RS=292.2,据式(9):
VS(1)=0.85=0.85×12.92×1.52=16.7 (m/s)
应当指出的是,由式(8)导出式(9)的过程中,使用了理想气体状态方程,当压力和温度偏离常态值很多时,其计算结果会有较大偏差。在同样条件下,如用式(8)来计算烟气流速,按式(4),其烟气密度为
ρS=ρN=1.3×=0.0035×192.32=0.673
将此结果代入式(8),其结果为:
VS(2)=0.85×=0.85×15.74=13.4 (m/s)
ΔVS==%
若其它条件不变,烟温tS=25℃,则用式(9)和式(8)计算的结果分别为VS(1)=10.21,VS(2)=10.11,ΔVS=(10.21-10.11)/10.11=1%。
结论:
当烟气处于常温常压下,用式(8)和式(9)来计算烟气流速均可,但由于式(9)是用理想气体状态方程从式(8)导出的,当温度高出100℃时,这时烟气中的水汽浓度很高,这可能是造成误差的重要原因之一,故在一般情况下仍应采用式(8)计算烟气流速。
4. 等速采样时,采样嘴直径的选择
在测定了烟气湿度XSW、工况大气压Ba、烟气静压PS、烟气温度tS和确定了烟气流速VS之后,就可计算出采样嘴的直径。
5. 采样流量、采样体积及烟尘浓度的计算
为了区分采样流量和排放流量,我们用ℓ采流表示采样流量(L/min),用Q排流表示排放流量(m3/h),一般用V表示体积。
流量计的工况采样流量计算公式为:
ℓ=0.00254×d2×VS(1-XSW) (10)
式中:ℓ——流量计的工况采样流量 (L/min);d——采样嘴直径(mm);VS——烟气流速(m/s);XSW——烟气含湿量 (%);Ba——环境大气压 (Pa);PS——烟气静压 (Pa);Pγ——流量计前压力(Pa);tS——烟气温度 (℃);tγ——流量计前温度 (℃)。
将工况流量换算成标况流量,其计算公式为:
ℓ标况采样流量=0.05×ℓ× (L/min) (11)
若将式(10)代入式(11)并化简得:
ℓ标况采样流量=0.000127×d2×VS×(1-Xsw)× (L/min) (12)
如果实际采样时间为τ(min),则采集样品的标况体积为:
V标况采样体积=τℓ标况采样流量 (L) (13)
如果本次采样滤筒的增重为m=g2-g1(mg),则烟尘浓度为:
C=1000.0×m/V标况采样体积=1000.0(g2-g1)/τℓ标况采样流量 (mg/m3) (14)
式中:C——实测烟尘浓度(mg/m3);τ——采样时间(min);式中乘1000.0是将mg/Lðmg/m3(注意:若测得的标况浓度为0.5mg/L,则经此转换后的浓度为500mg/m3)。
6. 湿烟气排放流量Qsh和标准状态下干烟气排放流量Qsnd的计算
根据式(8)计算出烟气流速VS(m/s)后,再据下式计算每小时湿烟气的排放流量Qsh:
Qsh=3600×VS×S烟道有效面积 (m3/h) (15)
式中:S——烟道的有效截面积(m3)(上式中乘入3600是为了将流量按小时计算)。
标干烟气的排放流量为:
Qsnd=Qsh××(1-XSW) (m3/h) (16)
式中:Pa和Ps的单位均为Pa;tS—烟气温度℃。将式(14)代入式(15) 并化简得:
Qsnd=9.7VS×S×(1-Xsw)×BS/TS (m3/h) (17)
式中:BS=Pa+PS为烟气的绝对压力(Pa);TS=tS+273.0为烟气绝对温度(K);VS的单位仍为m/s;S——烟道有效面积(m2)。
7. 烟尘排放量[即每小时向大气环境排放的烟尘质量(kg)]:
G烟尘(油烟)排放速率=C实测烟尘(油烟)浓度(标况)×Qsnd(标干烟气排放流量)×10-6 (kg/h) (18)
(注意:这里乘10-6是将mgðkg)
这里需要指出的是,式(18)中的烟尘(油烟)浓度C应为各测点烟尘(油烟)浓度的平均值。
若将式(12)代入式(14),再将式(14)和式(17)代入式(18),得:
G=76.378×S×(g2-g1)/τd2 (19)
式中:S——烟道截面积(m2),τ——采样时间(min),m=g2-g1——在时间τ内滤筒的净增
重(mg)(干烟尘),m/τ——单位时间内采集的烟尘量(mg/min),d——采样嘴直径(mm)。
76.378是单位换算系数,这就是烟尘排放率的估算式。有的用户会问,既然烟尘排放率的计
算这么简单,还要测量一大堆烟气参数干嘛?要知道,不测烟气参数,采嘴直径如何确定呢?
标况烟尘浓度又从何而来呢?而且我们把式(19)慎称“估算式”,是因为它与采嘴的直径关
系太大了!烟道截面积S的单位是m2,而d2的单位却是mm2,相差好几个数量级,只要d
的值差1mm,则结果就可能相差20%以上。我们用文献(2)中提供的测量数据对式(19)进行过
验算,基本吻合。当然,用式(19)来评估或验正测量结果还是有用的,对于用规范方法测得
的烟尘浓度,用式(18)算出的烟尘排放率,再与式(19)计算结果相比较,若相差很大,可以
肯定的是,不是你测量的烟尘浓度有问题,就是你选嘴有问题。式(19)的结论是没有问题的,
但应用的前提是:⑴烟尘在烟道中的分布是均匀的;⑵采样嘴的直径选得很准。问题是你在
选择采样嘴的直径时,很难精确到0.1mm以上。要是该式无条件地可以使用,标准方法早
就推荐了。我们在这里提出这个问题,不是让用户使用该式,而是告诉大家,对同一个问题
进行多方面的思考,这对于从事技术工作的同志是很有必要的。
这里需要指出的是,在烟尘泵负载能力允许的情况下,应尽量采用较大的采样嘴。这样可以减小因采集的烟尘量太少而造成的测量误差。过分追求体积小,重量轻,而丧失了测量精度是不对的。
8. 关于烟气排放(速)率的计算:
烟气浓度就是烟气传感器显示的值,其单位是mg/m3,为什么没有(1-XSW)这一项呢?因为所采集的烟气已经经过烟气过滤器去湿,传感器所接受的是干烟气。现在的问题是其标况流量如何计算?如果此前已作过烟尘采集,可以采用烟尘采样时的标干烟气排放流量Qsnd。若只检测烟气组分,虽然可以借用历史数据,但严格说来,这是不科学的,因为烟气状况(烟温、气压和流速)会随时发生变化。如果用户只需检测烟气组分,而不检测烟尘,本公司的TH-990系列产品会更适合。TH-990系列产品除没有烟尘采集功能外,其它功能与TH-880Ⅳ基本相同,在测量烟气组分的同时,可检测烟气流速、烟温和各项压力参数。
9. 有的用户不明白什么是折算浓度,如何计算?
燃烧时需要大量的氧气,燃料燃烧理论计算所需的空气量称为理论空气量。但在实际中,仅供给理论空气量是不够的,须供给比理论空气量多的空气量,才能使燃料得到充分的燃烧。实际供给的空气量与理论空气量之比,称为空气过量系数,用α表示。
锅炉的燃烧效率是与炉膛里的含氧量有关的,含氧量越高,燃烧越充分。但大量的空气进入炉膛,又会降低炉膛的温度,反而不利于燃烧。所以国家有关标准中,对一些燃烧设备的α值都有相应的规定,如燃煤层燃炉为1.8,窑炉为1.5,但在实测中,该值一般偏高。实测的α值用α′表示。
折算浓度为:
C′=C×α′/α (20)
显然,C′>C,其原因就在于引入过量的空气而增加了烟气的排放量。
10. 额定烟尘浓度Ce
Ce=Ke×C (21)
式中:K——锅炉出力影响系数;C——烟尘标干浓度(mg/m3);Ce——烟尘额定浓度(mg/m3)。
以上理解和推导如有不妥,以下列参考文献为准。上述公式中所用符号有的与一般文献中有所不同,主要是为了便于区别(如用ℓ表示采样流量,用Q表示排放流量;用τ表示时间,用t表示温度)。
参考文献:
1.《空气与废气监测分析方法》(第四版),国家环境保护总局,中国环境科学出版社;
2.《锅(窑)炉运行管理及测试技术实用手册》,何兆德 张长春著,中国环境科学出版社;
3.《烟尘烟气测试实用技术》,于正然 刘光铨 单嫣娜 常德华,中国环境科学出版社。
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