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廢氣現場監測培訓課件

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廢氣現場監測培訓講義
青島嶗山應用技術研究所
2015年3月
目 錄
1
2
3
嶗應發展現狀
定電位電解法、溶液吸收法及紫外、紅外光學法在污染源監測工作中的適應性
針對3012H煙塵氣測試儀在
污染源監測過程中遇到的問題及解決方案
嶗應發展現狀
1
嶗應發展現狀

1
1988年，27年
成立時間

2
仁義禮智信                     溫良恭儉讓
精神

4
自建43000m2
辦公樓
辦公環境

6
26個客服站、數十余部巡檢車
服務能力
嶗應具備完善先進的管理體系、科技體系、銷售體系、生產體系、服務體系。
3
環境監測儀器
產品

5
全國及海外
銷售網絡
自建43000m2嶗應（青島）生產基地
2
定電位電解法、溶液吸收法及
紫外、紅外光學法在污染源監測工作中的適應性
概述…
三種方法

嶗應3012H型 自動煙塵（氣）測試儀
嶗應3072型 智能雙路煙氣采樣器
嶗應3023型 紫外差分煙氣綜合分析儀
嶗應3026型紅外煙氣綜合分析儀
的基本原理、執行標準、
日常監測中的應用
2.1.1溶液吸收法-煙道排氣組分
由于氣態和蒸汽態物質分子在煙道內分布不均勻，雖不需要多點采樣，但在靠近煙道中心的任何一點都可采集到具有代表性的氣樣。同時，氣體分子質量極小，可不考慮慣性作用，故也不需要等速采樣。
2.1溶液吸收法（例：嶗應3071、3072型 煙氣采樣器 ）
氣體組分
氮氣、氧氣、二氧化碳和水蒸氣等。

測定目的
考察燃料燃燒情況和為煙塵測定提供計算煙氣密度，分子量等參數的數據。
微量有害氣體組分
一氧化碳
氮氧化物
硫氧化物
硫化氫等

2.1.1煙道排氣組分（包括氣體組分、微量有害氣體組分）
圖1：儀器的原理圖
2.1.1溶液吸收法-煙道排氣組分
2.1.1溶液吸收法-煙道排氣組分
如在現場用儀器直接測定，則用抽氣泵將氣體通過采樣管、除濕器抽入分析儀器。

因為煙氣濕度大、溫度高，煙塵及有害氣體濃度大，并具有腐蝕性，故在采樣管頭部裝有煙塵過濾器，采樣管需要加熱或保溫并且耐腐蝕，防止水蒸氣冷凝而導致被測組分損失。
被采樣氣體經過恒溫加熱管、吸收瓶、干燥筒后，流過孔口流量計，將流量信號送微處理器進行處理，得出瞬時流量并累加采樣體積，并根據采集到的計前溫度、計前壓力及當前大氣壓，換算成標況體積，當采樣流量值與設定流量不同時，自動調節采樣泵的抽氣動力，使采樣流量恒定在設定值上 。
如下圖2，粗線表示氣路連接，細紅線表示電路連
2.1.2溶液吸收法-儀器的結構流程圖
2.1.3 溶液吸收法-優勢與劣勢
2.2 嶗應3012H煙塵（氣）測試儀 煙氣部分（定電位電解法）
電化學測試方法

又稱為定電位電解法，是國家對二氧化硫、氮氧化物的標準測定方法之一。

（HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定電位電解法》
HJ693-2014 《固定污染源廢氣氮氧化物的測定 定電位電解法》）。
 待測氣體經過除塵、去濕后進入傳感器氣室，經由滲透膜進入電解槽，使待測氣體在傳感器內部被電解，導致傳感器內部導電離子濃度發生變化。通過測量流過兩電極的電解電流可以準確感知被測氣體濃度的變化，在適當的范圍內，電解電流與被測氣體濃度呈良好的線性關系，根據 電解電流的大小反算出待測氣體的濃度。
2.2.1 定電位電解法         電化學氣體傳感器工作原理
2.2 定電位電解法-基本結構
在一個塑料制成的筒狀池體內安裝工作電極、對電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加了一定的電位，使傳感器處于工作狀態。氣體在電解質內的工作電極發生氧化或還原反應，在對電極發生還原或氧化反應，電極的平衡電位發生變化，變化值與氣體濃度成正比。
2.2.2 定電位電解法-基本結構
可測量SO2、NO、NO2、CO、H2S等氣體，但這些氣體傳感器靈敏度卻不相同，靈敏度從高到低的順序是H2S、NO、NO2、SO2、CO，響應時間一般為幾秒至幾十秒，一般小于1min；由于傳感器的制作對工藝和材料的特殊要求，目前仍然主要依賴進口，成本較高。
圖3：定電位電化學氣體傳感器的結構圖
2.2.3定電位電解法-優勢與劣勢
優
勢
劣
勢
2.3 紫外差分煙氣分析儀（光學法）
紫外吸收光譜原理

差分吸收光譜技術(DOAS:Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一
種光譜監測技術,其基本原理就是利
用空氣中的氣體分子的窄帶吸收特性
來鑒別氣體成分，并根據窄帶吸收強
度來推演出氣體的濃度，憑借高分辨
率、高準確度和出色的抗干擾能力,DOAS技術在廢氣及大氣監測領域
內在國外已經被廣泛應用

2.3.1 光學法-紫外吸收光譜原理
紫外差分方法的具體原理：

基于Lambert-Beer 定律，測量200~400nm的光信號，通過參比波長來分析去除水分和粉塵的干擾得到差分信號，與標準差分吸收截面做擬合得到氣體的濃度。

2.4紅外煙氣綜合分析儀（光學法）
本儀器采用多組分高精度NDIR(非分散紅外吸收法)測量原理，主要用于污染源排放管道中有害氣體成分的測量。采用進口長光程多組分檢測器件、創新抗干擾算法、傳感器及新材料領域的高新技術，可在嚴寒地區工作。
1.分析儀主機  2.煙氣預處理器（自動排水）  3.熱敏打印機    4.皮托管
2.4.1光學法-紅外吸收法原理
抽取含有特定氣體的煙氣，進行除塵、脫水處理后通過紅外分析氣室，
應用非分散紅外吸收法，氣體吸收的光學能量與氣體濃度成對應關系，
所以通過測量吸收的能量可以計算出氣體的瞬時濃度，并優化減小水汽
干擾；同時根據檢測到的煙氣排放等參數計算出氣體的排放量。
2.5光學法-優勢與劣勢
優       勢

A、無需復雜的預處理裝置，水分和
      粉塵對測量結果影響不大；
B、探測下線低，溫漂??；
C、基本不存在其他組分的交叉干擾；
D、不存在傳感器失效問題；
E、可實現高、低量程二氧化硫的自動 
     切換，保證測試精度；
F、可做為時段性的煙氣排放濃度的連續
     監測；

劣 勢：價位較高
3
針對嶗應3012H煙塵氣測試儀在
污染源監測過程中遇到的問題及解決方案
3.1 電化學傳感器時效說明

電化學氣體傳感器大都是以水溶液作為電解質，電解質的蒸發或污染常會導致傳感器的信號下降，使用壽命短；由于在空氣中有被測物質存在，傳感器中的有效成分被消耗，因此傳感器一旦被啟封就視為使用，即使沒用于測量，它的壽命也在縮短，電化學傳感器壽命期望值為2年，但使用壽命與現場測試濃度、使用頻率以及采樣結束后是否及時清洗有關，采樣時注意傳感器保護。
注意事項
1、儀器煙氣校零時，一定要在清潔的空氣中。
2、對于裝有粉塵過濾裝置的儀器，要及時更換過濾芯，避免粉塵進入傳感器內，污染傳感器。
3、測量完畢后，不要立即關機，儀器必須在清潔空氣保持運行時間5～10min，待儀器氣體顯示值盡量接近零值，保持儀器內部處于新鮮空氣的環境，方關機或停泵 。
3.1.1煙氣流量對電化學儀器的影響
       日常監測過程中往往只注重電化學傳感器時效性和準確性，而忽略煙氣采樣流量，影響監測數據。這是因為電化學傳感器對流量的變化極為敏感。通常電化學類煙氣分析儀的測試讀數與采氣流量呈“正相關”。

HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定電位電解法》標準特別強調：“采氣流速的變化直接影響儀器的測試讀數”。
      國家環境監測總站《火力發電業建設項目竣工環境保護驗收監測技術規范》中也寫道：
      “定電位電解法監測儀器對采樣流量要求甚嚴，監測數據的顯示與采樣流量的變化成正比，當儀器采樣流量減小時（例如煙道負壓大于儀器抗負壓能力），監測數據明顯變小。在使用時為了減少測定誤差，儀器的工作流量應與標定（校準）時的流量相等”。
3.1.1煙氣流量對電化學儀器的影響
而煙道內煙氣，既有正壓工況的，也有負壓工況的，甚至存在壓力忽大忽小的變化工況。極端情況下，有些煙道還存在很大的負壓，針對大多數煙道負壓的情況居多，我們建議在負壓高的情況將煙氣分析儀的煙氣進氣端和出氣端都連接管子，同時伸到煙道中，這一措施能避免抽不出氣的問題。而現場測試過程中，流速對測量結果的影響往往難以暴露，只有當測試數據明顯偏離時才會引起注意。所以對儀器操作人員提出了較高的要求，必須嚴格控制儀器標定和采樣的流量，盡量保持一致。
3.1.1煙氣流量對電化學儀器的影響
3.1.2氣體交叉干擾對電化學儀器的影響
電化學傳感器的生產廠家英國CIT公司也明確給出了氣體交叉干擾的參考數據(表1)：
干擾氣
傳感器	SO2	NO	NO2	CO	H2S
SO2	100	0	-120	<3	0
NO	<5	100	-20	0	<35
單位：（%）
表1 電化學傳感器的交叉干擾參考數據
電化學傳感器通過設置不同的電極電位，使得傳感器對應某一特定氣體敏感，從而達到
測定的目的。但對于電極電位相似的
氣體，會產生
交叉干擾。
實際的應用中，燃油爐、燃氣爐、水泥廠的監測過程中會出現SO2、NO測定值明顯偏低或檢測無的情況，主要是因為排放煙氣中NO2的干擾原因。
在化工工況典型的會排放復雜的氣體如：氨氣、硫化氫、乙炔等。
往往會出現SO2測定值明顯偏大的情況，主要是因為排放煙氣中CO的干擾原因。二氧化硫是鋼鐵企業常見的污染物,燒結過程中排放的二氧化硫約占總排放量的60%以上。由于國內尚無專項燒結煙氣脫硫技術,因此燒結煙氣脫硫項目被列為我國至2020年鋼鐵行業科技發展指南中的重點研發課題。目前燒結工況SO2的監測一直困擾著監測人員。燒結工況普遍會產生濃度較高的CO，國內目前普遍選用定電位電解法而該方法中SO2會與CO形成交叉干擾，造成數據的偏差。雖然這些氣體的交叉干擾已知，但由于干擾值的非線性和非重復性，電化學儀器也無法對干擾值進行有效補償。
3.1.2氣體交叉干擾對電化學儀器的影響
所以當監測數據異常時，還必須選用其他測試方法重新測試：
溶液吸收法：舉例 嶗應3072型 智能煙氣采樣器
光學法：舉例 嶗應3023型 紫外差分煙氣綜合分析儀、嶗應3026型        
              紅外煙氣綜合分析儀
3.1.2氣體交叉干擾對電化學儀器的影響
嶗應3072型 智能煙氣采樣器
嶗應3023型 紫外差分煙氣綜合分析儀
嶗應3026型 紅外煙氣綜合分析儀
3.2.1 高濕工況對煙氣的影響及解決方法

高含濕量的煙氣進入取樣管路后,由于溫度下降超過露點溫度, 取樣管路將產生冷凝水,并會吸收一部分煙氣中的SO2 , 導致進入傳感器的SO2 濃度降低,造成監測結果出現負偏差甚至無。

解決方法：針對上述情況監測時一定采用脫水效率高的前處理裝置，保證進入到測試儀為干燥氣體，防止水汽的吸附。

長期使用儀器后，由于煙氣濕度的影響，在電化學傳感器的滲透膜表面會形成結露水；結露水會影響氣體分子的滲透，從而導致測量結果偏低，甚至測試不到目標污染物。
3.2.2 脫硝等高溫工況特點及解決方法
       因煙溫高儀器常規配置的煙氣取樣器或煙氣預處理器配備的四氟乙烯管，其最高耐溫為260℃，經常會出現在脫硝工況中四氟乙烯變軟甚至冷卻后堵住管路的現象。
解決辦法：將煙氣取樣器或預處理器管壁由四氟乙烯改為鈦材質。

3.3.1高濕工況對煙塵的影響及解決方法
高濕狀態下顆粒物的采集，經常會出現濾筒抽破的現象，無法實現現場監測

解決方案：1.濾筒伴熱
              2.采用剛玉濾筒采樣
3.3.2高溫工況對煙塵的影響及解決方法
高溫狀態下就會出現濾筒成破損狀，也是無法實現正常監測

解決方案：1.采用剛玉濾筒采樣
              2.輸入煙溫
              3.定制耐高溫材質取樣管
3.3高寒地區的現場監測及解決方法
北方冬季寒冷是困擾我們監測的一大難題。
經常出現如下癥狀：
1、煙塵取樣管后端與主機的連接管結冰現象；
2、顯示屏在高寒環境下不顯示的現象；
3、煙塵、煙氣泵不運行的現象等。
解決方法：對于煙塵取樣管后端與主機的連接管結冰現象可采用全程伴熱 
                裝置解決上述問題；
                  對于顯示屏在高寒狀態下存在不顯示的現象和煙塵、煙氣泵
                不運行的現象可采用整機加熱恒溫箱保證主機正常工作。
3.4采集煙塵時低濃度現場監測及解決方法
解決方案：可將煙塵取樣管升級為濾膜加熱，彎管以及濾膜整體稱重，從而提高其捕集效率。
國家和山東省近期頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）和《火電廠大氣污染物排放標準》（DB37/664）等一系列標準中均把固定源廢氣中顆粒物排放濃度降至30 mg/m3以下,隨著環境管理日趨嚴格和環境污染治理技術的不斷進步，現有顆粒物監測方法GB/T16157，已逐漸暴露出不能準確測量和不適應低濃度顆粒物監測的缺陷，DB37/T2537-2014《山東省固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定   重量法》（以下簡稱 《重量法》）的發布實施，填補了國內測定固定污染源廢氣中顆粒物濃度＜50mg/m3的方法空白，為執行最高允許顆粒物排放濃度限值10 mg/m3以下提供了判別監測方法標準。
3.4污染源低濃度監測
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
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產品外形 – 主機
采用標準

JJG 968-2002《煙氣分析儀》
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產品外形 – 主機
交流電源輸入
直流24V電源輸入
電源開關及指示燈
靜壓P+,P-接嘴
出氣嘴
煙氣測量進氣嘴
煙氣采樣進氣嘴A,B
環境溫度
RS232接口-打印機
煙溫接口
USB接口輸出
5.6寸液晶觸摸屏
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
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該儀器適用工業現場煙氣測量，提供化學傳感器法測量氣體濃度；可實時測量O2、SO2、CO、NO、NO2、H2S、CO2等氣體濃度；可實現測量煙氣動壓、煙氣靜壓、煙氣溫度，計算煙氣流速，流量和標干流量?？晒┉h保、衛生、勞動、安監、軍事、科研、教育等部門用于各種鍋爐、爐窯煙氣的排放濃度/總量及設備脫硫效率的測定。
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產品外形 – 附件 – 嶗應1080D型 煙氣預處理器
用于煙氣采樣，濾塵，除水，減少后端冷凝水的生成，降低部分氣體的吸附，
提高傳感器的使用壽命
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
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產品外形 – 附件 – 嶗應1082型 皮托管
測量流速和煙溫，計算工況參數
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
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產品特點1
★整機重量輕，體積小，結構更加緊湊，操作攜帶更加便利，現場使用無需預熱；
★造型美觀簡約，耐候性強，堅固耐用；
★控制核心使用32位工業級高速嵌入式處理器；
★提供隔離型RS232和USB接口，方便設備互聯和數據導出以及系統程序升級；
★主機提供超大容量存儲，支持存儲容量擴展，主存儲默認4G；
★重要系統資料多備份，確保數據安全；
★使用5.6寸高亮彩色觸摸顯示屏，界面友好，電阻式觸摸屏受溫度影響小，適應復雜工況條件；
★智能高速低噪聲報表打印，內容可選；
★加強了整機防靜電設計，抗靜電能力更強；
★氣體傳感器修正補償技術；
嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
備注：2021/5/11
備注：46
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產品特點2
★提供氣體體積百分比和質量百分比之間的切換；
★可測量大氣壓，環境溫度等參數；
★故障自檢功能；
★交直流兩用供電功能；
★軟件標定配置功能；
★開機無需預熱，直接使用

嶗應3022型 多功能煙氣分析儀簡介
嶗應9011J型 智能交直流移動電源簡介
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產品外形
采用標準

GB 4793.1 – 2007
《測量、控制和實驗室用電設備的安全要求第一部分 通用要求》

GB 31241-2014《便攜式電子產品用鋰離子電池和電池組安全要求》

GB2099.3-2008《家用和類似用途插頭插座》

嶗應9011J型 智能交直流移動電源簡介
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產品特點1
內置可充電鋰電池，電量大，壽命長
交直流供電，在額定功率下可同時使用兩路
AC220V和一路DC24V輸出
可實現主副電自動切換，可通過多級級聯擴展
電源容量
嶗應9011J型 智能交直流移動電源簡介
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產品特點2
具有一定程度的防雨雪功能
使用寬溫OLED顯示屏，在寒冷地區正常顯示
可顯示負載電流、負載功率、電池電壓、剩余電量
剩余使用時間、剩余充電時間等參數
嶗應9011J型 智能交直流移動電源簡介
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產品特點3
具有過充電，過放電保護和低電量報警功能
電源監視功能
具有短路、過載、過熱保護功能，大大提高產品的可靠性
安全高效，故障率低
可手動設置電池容量，最大限度各參數的準確性
常見故障及解決方法
常見故障	故障原因	解決方法
塵泵不運行	①泵內進入顆粒物，卡住
②長期駐留濕氣造成生銹
③碳刷磨損程度及彈簧彈性
④泵連線松動
⑤電機燒壞	①②需要返廠維修
③更換碳刷
④固定泵連線
⑤更換電機或返廠維修
不顯示	①電源是否有電
②對比度
③插頭接觸不良或脫落
④排線故障
⑤顯示屏	①查看220V電源是否接通及保險絲通斷
②調節對比度旋鈕
③固定插頭或重新插拔
④更換排線或返廠維修
⑤返廠維修

常見故障及解決方法
常見故障	故障原因	解決方法
跟蹤不上	①采樣嘴的選擇不合適
②氣路堵塞或漏氣
③采樣孔位置不對，產生渦流	①選擇合適采樣嘴
②檢查氣路管及過濾裝置
③重新調整采樣孔位置
打印機不打印	①電源
②打印連接線
③打印紙裝反
④打印字體顏色太淺看不到打印痕跡（熱敏打印機）	①打印機開關是否打開
②更換打印機連線
③打印紙光面朝上
④開啟打印機開關，按住左鍵不松開，通電數十秒，開啟打印機設置菜單，通過左右按鍵調節深淺度，注：切勿調至最黑，導致不走紙現象，以適度清晰為宜
備注：2021/5/11
備注：53
附一：煙塵采樣器質量保證
為了保證儀器準確度，必須使用配套的校準儀定期對儀器的壓力、流量以及煙氣等進行校準。

備注：2021/5/11
備注：54
附二：嶗應3012H新08代調試方法
在主菜單狀態，移動光標至“⑧維護”菜單，按“OK”鍵，默認密碼“1997”。
1、壓力標定
        進入壓力標定界面， 在△P”+”和“-”接嘴懸空的情況下，按“①調零”對各傳感器進行零點校準。調零后正確連接壓力標準器與煙塵儀器，通過壓力源給煙塵儀器加壓，待壓力穩定后按下式計算新的壓力倍率。
                      新倍率=原倍率*標準值/測量值
壓力標定連接圖示
動壓標定連接圖                                       
靜壓標定連接圖                                       
2、溫度標定
煙溫標定方法：
       先用直流電阻器在測試儀的煙溫輸入端接入100Ω標準電阻，記錄測試儀顯示的煙溫值t1 ；再接入174Ω標準電阻，記錄測試儀顯示的煙溫值t2，并保持此標準電阻輸入狀態不變。按下式計算煙溫倍率。
新倍率=原倍率*195/（t2-t1）
       倍率確定完畢之后，保持174Ω電阻不變的狀態通過調整零點數值使測試儀顯示的測量煙溫值為195℃，按“OK”鍵保存。
除煙溫外的其它溫度傳感器標定方法：在標定環境下，測試儀不接電源靜置2小時后開啟測試儀，將標準溫度計與測試儀的相應溫度傳感器置于相同測量點，同時讀取溫度標準值和測試儀顯示的測量值，按下式計算溫度新零點。

新零點=（測量值-標準值）+原零點

注：干濕球溫度標定時應連接含濕量取樣管
3、流量標定
       進入流量標定前先分別對煙塵儀以及標準器的當前標定環境溫度和大氣壓進行設置。將標準器與煙塵儀連接后進行調零，調零完畢分別進入相應流量點進行流量標定。
流量標定連接圖示
4、煙氣標定
移動光標至“⑤煙氣標定”菜單，按“OK”鍵進入煙氣標定界面，此時煙氣泵運轉，可對測試儀配置的煙氣傳感器(如：O2、SO2、NO等)進行濃度測試、數據標定。
       通入氣體組分滿量程50%的標準氣體，待測試儀顯示煙氣數值穩定后（數值在1min內基本不變），記取煙氣標準值和測試儀顯示測量值，按下式計算新倍率。（O2除外）

新倍率=原倍率*標準值/測量值

參考文獻
《空氣和廢氣監測分析方法》（第四版增補版）
HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定電位電解法》
HJ/T48-1999《煙塵采樣技術條件》
JJG968-2002《煙氣分析儀》
JJG680-2007《煙塵采樣器》

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