鍋爐煙塵采樣檢測工作的探討

鍋爐，是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并對外輸出熱能的設(shè)備。它在運行過程會產(chǎn)生大量的煙塵，而這些煙塵是我國大氣環(huán)境質(zhì)量的主要污染源之一，因此，必須要對鍋爐煙塵進行治理和控制，而在治理和控制之前，要做好煙塵的采樣工作。基于此，本文就鍋爐煙塵采樣檢測工作進行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定幫助。
1 測孔位置與測點的設(shè)置
1.1 測孔位置與測點設(shè)置的基本原則
在煙塵監(jiān)測中，采樣斷面、開設(shè)采樣孔的選擇會直接影響到煙塵監(jiān)測結(jié)果。
采樣位置應(yīng)優(yōu)先選擇在垂直管段，應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。采樣位置應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于6倍直徑處，距上述部件上游方向不小于3倍直徑處。對于矩形煙道，其當量直徑d=2AB/（A+B），式中A，B為邊長。采樣斷面的氣流速度最好在5 m/s以上。但是，在實際的監(jiān)測中，采樣斷面并不都是理想的，有時還需要考慮到采樣安全、采樣人員所處的工作環(huán)境、勞動強度等問題，從而確定采樣斷面。可選擇比較適宜的管段采樣，但采樣斷面與彎頭等的距離至少是煙道直徑的1.5倍，并應(yīng)適當增加測點的數(shù)量和采樣頻次。 1.2 不規(guī)則煙道測孔位置與測點的設(shè)置
不規(guī)則煙道定義：凡滿足不了《規(guī)范》測點位置要求的煙道統(tǒng)稱為不規(guī)則煙道，或者指達不到“理想狀態(tài)”要求的煙道。在現(xiàn)場監(jiān)測中，遇到的煙道往往會是不規(guī)則的，例如，采樣斷面與彎頭等的距離小于煙道直徑的1.5倍的不規(guī)則矩形煙道、斜管煙道。
解決辦法是：對于圓形管道，應(yīng)增加與第一測孔成直角的第二測孔，使得總測點數(shù)增加；在不規(guī)則矩形煙道中增加若干個等面積小矩形塊，小矩形塊的面積小于0.05 m2，這樣就增加了總的測點數(shù)。
在實際中，煙道氣流往往是不穩(wěn)定的，可根據(jù)每小塊矩形面積上的壓力、溫度確定等速采樣嘴和等速采樣流量。斜管煙道等測孔位置及測點應(yīng)遵循不規(guī)則圓形管道或不規(guī)則矩形煙道的布點原則。
總之，對不規(guī)則煙道測孔位置與測點的設(shè)置，盡可能增加測孔和測點數(shù)。
1.3 測孔、測點設(shè)置的注意事項
開采樣孔的基本原則：在選定的測定位置上開設(shè)采樣孔，采樣孔的內(nèi)徑應(yīng)不小于80 mm，采樣孔管長應(yīng)不大于50 mm。不使用時用蓋板、管堵或管帽封閉。對于圓形煙道，采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各測點在內(nèi)的互相垂直的直徑線上；對于矩形或方形煙道，采樣孔應(yīng)設(shè)在包括各測點在內(nèi)的延長線上。在現(xiàn)場監(jiān)測中，對于測孔、測點設(shè)置，需注意以下事項：①煙道直徑過大時，煙氣流速會低于5 m/s，一般儀器是不適合的，這時要注意開孔的位置；②濕式除塵器后的測孔位置應(yīng)在煙道擋水板較遠地方，防止煙氣中水滴進入采樣管；③當測孔在水平煙道上時，要注意水平煙道底部容易有較大顆粒的煙塵堆積層。
2 采樣時間、采樣嘴的選擇
每個測定斷面采樣次數(shù)不得少于3次，每個測點連續(xù)采樣時間不得少于3 min，但每臺鍋爐測定時所采集樣品累計的總采氣量不得少于1 m3，自動采樣儀一般具有選嘴功能，但是利用儀器選嘴需要占用一定的時間，在實際工作中可以憑經(jīng)驗人為判斷煙氣流速來確定采樣嘴大小，從而節(jié)約時間。采樣嘴大小的選擇原則是“高流速小采樣嘴，低流速大采樣嘴”。如果在高流速的煙道中采樣時使用大的采樣嘴，會產(chǎn)生等速跟蹤精度差的問題，甚至導(dǎo)致采樣泵負荷過高而損壞；相反，在低流速的煙道中采樣時使用小的采樣嘴，會使采樣流量太小而不能抽取足夠的采樣體積，降低測定結(jié)果的準確度。因此，采樣嘴選擇后盡量使采樣流量變化范圍在20～40 L/min為宜。
3 三種特殊情況下的采樣
在引風機后找不到可以使用的采樣斷面，而在引風機前能夠找到比較適合的采樣斷面。在引風機前的斷面處進行煙塵采樣，一些蒸發(fā)量較大的鍋爐，由于強勁的引風在煙道內(nèi)形成很高的負壓，有些可以達到-2 000 Pa以上。在采樣結(jié)束抽氣停止后，如果沒有及時將采樣管從煙道中取出，在煙道負壓的作用下，濾筒中的塵粒就會被部分倒吸入煙道中。因此，采樣斷面位于引風機前的采樣應(yīng)這樣操作：將采樣管插入煙道中，對距離采樣孔最遠的采樣點最先進行采樣，然后逐點向外，直至最近的一個采樣點，采樣結(jié)束的同時，迅速封閉采樣氣路，從煙道中快速取出采樣管。
同樣是受到采樣現(xiàn)場條件限制的影響，而把采樣孔設(shè)在水平煙道的上部，采樣時，需要采樣管頭部朝下插入煙道才能進行。采樣結(jié)束停止抽氣后，濾筒中粒徑較大的塵粒在重力作用下會向下墜落，造成誤差。對此，可以用以下方法減免：在采樣結(jié)束前的一兩秒時間內(nèi)，把采樣管從煙道中提前取出，并保持采樣管頭部向上放置。
在測量高含濕量煙道（例如水膜除塵器除塵）過程中，常出現(xiàn)的問題是測量過程中儀器采樣流量突然升高，測得的動壓也偏高，主要原因是水蒸氣在動壓管及采樣管內(nèi)冷凝積聚，直至阻塞動壓管，引起管內(nèi)壓力升高，儀器也作出相應(yīng)的流量調(diào)整指令。解決辦法是：盡量縮短每個樣品的采樣時間，每采一個樣品后，都將采樣管疏通一遍并抹干，盡量將采樣管持平，防止采樣管上的水流向動壓管口，在距動壓管口15 cm處套一橡皮筋，防止采樣管外壁凝結(jié)的水流向動壓管口。
4 鍋爐運行負荷
鍋爐煙塵排放濃度與鍋爐運行負荷密切相關(guān)。煙塵排放濃度是隨著負荷率的增加直線上升的。當負荷率為60%，煙塵濃度僅為額定負荷時的30%，或負荷率為80%，煙塵濃度上升到為額定負荷時的65%，再或超負荷時，煙塵排放濃度便急劇上升，這也說明為什么在測試煙塵濃度時，必須同時測定負荷。　新鍋爐安裝后，鍋爐出口原始煙塵濃度和煙塵排放濃度的驗收測試應(yīng)在設(shè)計出力下進行。
對鍋爐煙塵排放濃度的測試，必須在鍋爐設(shè)計出力70%以上的情況下進行，并分為鍋爐運行3年以內(nèi)和鍋爐運行3年以上兩種情況，將不同出力實測的煙塵排放濃度乘以表1中所列的出力影響系數(shù)K，作為該鍋爐額定出力情況下的煙塵排放濃度。對于手燒爐，應(yīng)在不低于兩個加煤周期的時間內(nèi)測定。
表1 不同運行年限鍋爐的出力影響系數(shù)
鍋爐實測出力占鍋爐設(shè)計出力的百分數(shù)/% 70～75 75～80 80～85 85～90 90～95 ≥95
運行3年以內(nèi)的
出力影響系數(shù)K 1.6 1.4 1.2 1.1 1.05 1
運行3年以上的
出力影響系數(shù)K 1.3 1.2 1.1 1 1 1
雖然《鍋爐煙塵測試方法》（GB 5468—91）中給出了水箱法、蒸汽流量表法、水表法、耗煤量法等測量鍋爐出力的方法，但在實際操作中，上述各種方法的監(jiān)測條件難以滿足。因此，在實際中常用解決方法是：以壓力表上的紅線刻度為參照，基本就能確定鍋爐的負荷。
5 過量空氣系數(shù)
過量空氣系數(shù)越大，則因大量冷空氣進入爐膛，爐膛溫度就會下降，對燃燒不利，同時，排煙熱損失也會增加，使鍋爐的熱效率降低，煙氣量增加，煙氣所攜帶的煙塵量也隨之增加。
由下列公式可以看出，折算后的煙塵排放濃度與實測過量空氣系數(shù)成正比，實測過量空氣系數(shù)越大，折算后的煙塵排放濃度就越大。
C′ =C·a/a0. （1）
式（1）中：C′ 為折算后的煙塵排放濃度；C為實測煙塵排放濃度；a為實測過量空氣系數(shù)；a0為排放標準規(guī)定的過量空氣系數(shù)。當a<2時，說明鍋爐運行基本正常；當a>2時，說明測點處O2含量過高。
造成a值過高的原因主要有：①運行負荷低，燃料燃燒不充分，大量O2沒有被利用；②管道或除塵器漏風；③鼓風量過大；④測孔密封不嚴，特別是在負壓系統(tǒng)采樣，大量空氣被采進來，造成a值偏高。
6 采樣注意事項
采樣注意事項主要有：①采樣前，對采樣儀進行全面檢查，并進行系統(tǒng)檢漏試驗。②采樣時，盡可能地把采樣孔附近內(nèi)外積灰清理干凈，采樣過程中要十分小心，采樣嘴千萬不要碰煙道管壁，以免積灰吸入濾筒中。③監(jiān)測采樣應(yīng)當在鍋爐運行穩(wěn)定狀態(tài)下進行，并有專人負責對工況進行監(jiān)督；采樣嘴和皮托管對準煙氣流動方向，偏差不超過5°。④煙氣含氧量測定與煙塵采樣同步進行。
7 結(jié)束語
綜上所述，鍋爐燃燒過程中所排放出大量的煙塵、煙氣是大氣污染的主要污染源，這些污染物嚴重破壞了環(huán)境的生態(tài)平衡，給人類的生活帶來很大的不便，所以，我們要做好對煙塵的采樣監(jiān)測工作，為煙塵的治理和控制提供科學的依據(jù)。