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废气现场监测培训课件

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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
1
2
3
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

1
1988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

6
26个客服站、数十余部巡检车
服务能力
崂应具备完善先进的
、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
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/T 57-2000《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
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:Differential Optical Absorption Spectroscopy)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/T 57-2000《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	SO2	NO	NO2	CO	H2S
SO2	100	0	-120	<3	0
NO	<5	100	-20	0	<35
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》（GB13223-2011）和《火电厂大气污染物排放标准》（DB37/664）等一系列标准中均把固定源废气中颗粒物排放浓度降至30 mg/m3以下,随着环境管理日趋严格和环境污染治理技术的不断进步，现有颗粒物监测方法GB/T16157，已逐渐暴露出不能准确测量和不适应低浓度颗粒物监测的缺陷，DB37/T2537-2014《山东省固定污染源废气低浓度颗粒物的测定   重量法》（以下简称 《重量法》）的发布实施，填补了国内测定固定污染源废气中颗粒物浓度＜50mg/m3的方法空白，为执行最高允许颗粒物排放浓度限值10 mg/m3以下提供了判别监测方法标准。
3.4污染源低浓度监测
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
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产品外形 – 主机
采用标准

JJG 968-2002《烟气分析仪》
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产品外形 – 主机
交流电源输入
直流24V电源输入
电源开关及指示灯
静压P+,P-接嘴
出气嘴
烟气测量进气嘴
烟气采样进气嘴A,B
环境温度
RS232接口-打印机
烟温接口
USB接口输出
5.6寸液晶触摸屏
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
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该仪器适用工业现场烟气测量，提供化学传感器法测量气体浓度；可实时测量O2、SO2、CO、NO、NO2、H2S、CO2等气体浓度；可实现测量烟气动压、烟气静压、烟气温度，计算烟气流速，流量和标干流量。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、炉窑烟气的排放浓度/总量及设备脱硫效率的测定。
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产品外形 – 附件 – 崂应1080D型 烟气预处理器
用于烟气采样，滤尘，除水，减少后端冷凝水的生成，降低部分气体的吸附，
提高传感器的使用寿命
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
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产品外形 – 附件 – 崂应1082型 皮托管
测量流速和烟温，计算工况参数
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
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产品特点1
★整机重量轻，体积小，结构更加紧凑，操作携带更加便利，现场使用无需预热；
★造型美观简约，耐候性强，坚固耐用；
★控制核心使用32位工业级高速嵌入式处理器；
★提供隔离型RS232和USB接口，方便设备互联和数据导出以及系统程序升级；
★主机提供超大容量存储，支持存储容量扩展，主存储默认4G；
★重要系统资料多备份，确保数据安全；
★使用5.6寸高亮彩色触摸显示屏，界面友好，电阻式触摸屏受温度影响小，适应复杂工况条件；
★智能高速低噪声报表打印，内容可选；
★加强了整机防静电设计，抗静电能力更强；
★气体传感器修正补偿技术；
崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
备注：2021/5/11
备注：46
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产品特点2
★提供气体体积百分比和质量百分比之间的切换；
★可测量大气压，环境温度等参数；
★故障自检功能；
★交直流两用供电功能；
★软件标定配置功能；
★开机无需预热，直接使用

崂应3022型 多功能烟气分析仪简介
崂应9011J型 智能交直流移动电源简介
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产品外形
采用标准

GB 4793.1 – 2007
《测量、控制和实验室用电设备的安全要求第一部分 通用要求》

GB 31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》

GB2099.3-2008《家用和类似用途插头插座》

崂应9011J型 智能交直流移动电源简介
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产品特点1
内置可充电锂电池，电量大，寿命长
交直流供电，在额定功率下可同时使用两路
AC220V和一路DC24V输出
可实现主副电自动切换，可通过多级级联扩展
电源容量
崂应9011J型 智能交直流移动电源简介
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产品特点2
具有一定程度的防雨雪功能
使用宽温OLED显示屏，在寒冷地区正常显示
可显示负载电流、负载功率、电池电压、剩余电量
剩余使用时间、剩余充电时间等参数
崂应9011J型 智能交直流移动电源简介
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产品特点3
具有过充电，过放电保护和低电量报警功能
电源监视功能
具有短路、过载、过热保护功能，大大提高产品的可靠性
安全高效，故障率低
可手动设置电池容量，最大限度各参数的准确性
常见故障及解决方法
常见故障	故障原因	解决方法
尘泵不运行	①泵内进入颗粒物，卡住
②长期驻留湿气造成生锈
③碳刷磨损程度及弹簧弹性
④泵连线松动
⑤电机烧坏	①②需要返厂维修
③更换碳刷
④固定泵连线
⑤更换电机或返厂维修
不显示	①电源是否有电
②对比度
③插头接触不良或脱落
④排线故障
⑤显示屏	①查看220V电源是否接通及保险丝通断
②调节对比度旋钮
③固定插头或重新插拔
④更换排线或返厂维修
⑤返厂维修

常见故障及解决方法
常见故障	故障原因	解决方法
跟踪不上	①采样嘴的选择不合适
②气路堵塞或漏气
③采样孔位置不对，产生涡流	①选择合适采样嘴
②检查气路管及过滤装置
③重新调整采样孔位置
打印机不打印	①电源
②打印连接线
③打印纸装反
④打印字体颜色太浅看不到打印痕迹（热敏打印机）	①打印机开关是否打开
②更换打印机连线
③打印纸光面朝上
④开启打印机开关，按住左键不松开，通电数十秒，开启打印机设置菜单，通过左右按键调节深浅度，注：切勿调至最黑，导致不走纸现象，以适度清晰为宜
备注：2021/5/11
备注：53
附一：烟尘采样器质量保证
为了保证仪器准确度，必须使用配套的校准仪定期对仪器的压力、流量以及烟气等进行校准。

备注：2021/5/11
备注：54
附二：崂应3012H新08代调试方法
在主菜单状态，移动光标至“⑧维护”菜单，按“OK”键，默认密码“1997”。
1、压力标定
        进入压力标定界面， 在△P”+”和“-”接嘴悬空的情况下，按“①调零”对各传感器进行零点校准。调零后正确连接压力标准器与烟尘仪器，通过压力源给烟尘仪器加压，待压力稳定后按下式计算新的压力倍率。
                      新倍率=原倍率*标准值/测量值
压力标定连接图示
动压标定连接图                                       
静压标定连接图                                       
2、温度标定
烟温标定方法：
       先用直流电阻器在测试仪的烟温输入端接入100Ω标准电阻，记录测试仪显示的烟温值t1 ；再接入174Ω标准电阻，记录测试仪显示的烟温值t2，并保持此标准电阻输入状态不变。按下式计算烟温倍率。
新倍率=原倍率*195/（t2-t1）
       倍率确定完毕之后，保持174Ω电阻不变的状态通过调整零点数值使测试仪显示的测量烟温值为195℃，按“OK”键保存。
除烟温外的其它温度传感器标定方法：在标定环境下，测试仪不接电源静置2小时后开启测试仪，将标准温度计与测试仪的相应温度传感器置于相同测量点，同时读取温度标准值和测试仪显示的测量值，按下式计算温度新零点。

新零点=（测量值-标准值）+原零点

注：干湿球温度标定时应连接含湿量取样管
3、流量标定
       进入流量标定前先分别对烟尘仪以及标准器的当前标定环境温度和大气压进行设置。将标准器与烟尘仪连接后进行调零，调零完毕分别进入相应流量点进行流量标定。
流量标定连接图示
4、烟气标定
移动光标至“⑤烟气标定”菜单，按“OK”键进入烟气标定界面，此时烟气泵运转，可对测试仪配置的烟气传感器(如：O2、SO2、NO等)进行浓度测试、数据标定。
       通入气体组分满量程50%的标准气体，待测试仪显示烟气数值稳定后（数值在1min内基本不变），记取烟气标准值和测试仪显示测量值，按下式计算新倍率。（O2除外）

新倍率=原倍率*标准值/测量值

参考文献
《空气和废气监测分析方法》（第四版增补版）
HJ/T 57-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定 定电位电解法》
HJ/T48-1999《烟尘采样技术条件》
JJG968-2002《烟气分析仪》
JJG680-2007《烟尘采样器》

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