烟气等速采样.docx
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烟气等速采样
烟气等速采样的方法比较
1.1烟气等速采样的原理
在选定的采样点上，通过采样管从烟道中接等速采样，原则抽取一定量的含尘烟气，经
捕集装置将尘粒捕集下来，根据捕集的烟尘重量和抽取的烟气体积，求出烟气中的烟尘浓度。
（相对误差应在5%～10%以内）
1.2烟气等速采样的原因
当采样速度大于或小于采样点的烟气速度都将使采样结果产生偏差，当采样速度Vn大
于烟气速度Vs时，处于采样嘴边线以外的部分气流进入采样嘴，而其中的尘粒由于本身的
惯性作用，不能改变方向随气流进入采样嘴，继续沿着原来的方向前进，使采取的样品浓度
低于采样点的实际浓度。
当采样速度Vn小于采样点的烟气速度Vs时，情况恰好相反，样品
浓度高于实际浓度。
只有采样速度Vn等于采样点的速度Vs时，样品浓度才与实际浓度相等。
2.1等速采样方法类型
从烟道中等速抽取烟气可以有预测流速采样法、皮托管平行测速采样法和动压平衡等速
采样法、静压平衡采样法。
a、预测流速（或普通采样管）法
该方法必须先测出采样点的烟气温度、压力、含湿量，计算出流速，再结合采样嘴直径
计算出等速采样条件下各采样点的采样流量。
等速采样就是使采样嘴口的采样速度与烟道内烟气的流速相等，过大或过小的采样速度都是对烟气流动场的破坏，使测量的烟尘浓度失准。
预测流速采样法就是预先测出烟道内的
烟气流速、温湿度，再根据选定的采样嘴计算出所需的等速采样流量（公式3）。
（3）
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式中Qrs等速采样流量L/min
d采样嘴直径mm
Vs烟气流速m/s
Ba大气压强kPa
Ps烟气静压kPa
ts烟气温度℃
tr流量计前温度℃
Pr流量计前压力kPa
Xsw含湿量％
该法的适用条件是：
在进行连采样前测定了流速，再按此流速续等速采样，因此，烟道
内的流速在这一段时间内应保持不变，即烟气状态参数稳定。
方法要求在采样完毕后，烟气
流速与采样前相比偏差＜20%，否则，视为无效结果。
因此，预测流速必须是在工艺稳定、
催化剂的品质和用量一定、负荷正常的条件下进行，这时测得的数据才能代表某一工况和加
工量下的结果。
在工艺条件波动或加工量不正常时，所测数据的代表性差。
采样装置的连接
1-烟道；2-采样管；3—冷凝器；4-，6-温度计；5-压力计；7-干燥计
8-转子流量计；9-抽气泵；10-阀门；11-防喷冷却套；12-累计流量计
烟尘采样系统示意图
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b、皮托管平行测速采样法
该法将采样管、s型皮托管和热电偶温度计固定在一起插入同一采样点。
先测得烟气静
压、含湿量和当时测得的动压、温度等参数，结合选用地采样嘴直径，由编有程序的计算器
及时算出等速采样流量，迅速调节转子流量计至所要求的读数。
在电除尘器的测试中,尚不能有效地解决静电对自动采样仪的冲击干扰，在测试现场将
自动采样仪临时接地的方法并不十分有效；在负压较大的烟道中测试，当采样完毕或暂停时，
如何同步关闭采样管路，防止负压将滤筒的尘粒倒抽出去等问题均有待解决。
c、动压平衡型等速管采样法
动压平衡等速采样法是利用采样管中的特制的孔板在采样抽气时产生的压差与皮托管
测出的动压相等来实现等速采样。
该方法与采样嘴的口径无关，也能实现自动流速跟踪，但需特制采样管并多一套压差传感器。
图动压平衡型等速管采样装置
d、静压平衡性采样法
静压平衡采样法是利用专门的能感知采样嘴内外壁静压的采样管，调节采样流量使采样
嘴内外壁的静压相等达到等速采样条件。
该方法也与采样嘴口径无关，且无需皮托管，也能
实现自动流速跟踪，但需特制采样管和多一套压力传感器，且仅适用于低含尘浓度的场合，
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高浓度的烟尘易堵塞静压感知孔而失准。
2.2国家环境保护总局的烟气采样方法
a、固定源采样法
该方法的采样器由采样管、导气管、吸收装置、干燥器、流量测量与控制装置和抽气泵
等部分组成。
采样过程中玻璃纤维滤膜的温度可达120±14℃。
采样装置图如下。
b、限流孔采样器采样法
采样器应安装转子流量计，在限流孔入口应装有真空压力表，用于对限流孔进行流量校
正；在限流孔出口也应装有真空压力表，用于判断采样系统是否处于保持恒定流量的临界状
态。
c、累积流量计采样器采样法（干式和湿式）
采样器应安装有流量调节阀的转子流量计；在转子流量计入口应装有真空压力表；累计
流量计的入口应装有温度计，用于对累积流量计进行流量校正。
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d、转子流量计采样器采样法（干式和湿式）
采样器应安装有流量调节阀的钻子流量计；在转子流量计入口应装有真空压力表和温度
计，用于对转子流量计进行流量校正。
2.3EPA采样方法列表
方法4:
烟道气湿度；方法5:
颗粒物排放（PM）
方法5B:
非硫酸颗粒物；方法8:
硫酸雾和二氧化硫
方法12:
无机铅；方法13A和13B:
总氟化物
方法17:
烟道内过滤的颗粒物；方法23:
二恶英和呋喃
方法26A:
卤化氢和卤素；方法29:
多种金属
方法201A:
PM10排放；方法202:
可凝结颗粒物
方法206:
氨；方法306:
电镀和阳极氧化带来的六价铬
方法316:
来自矿棉和玻纤工业的甲醛
方法0010:
半挥发性有机化合物
方法0011:
甲醛，其它醛酮
方法0061:
六价铬
2.4各种不同的烟气采样法装置图（文献）
由于不同采样条件和技术要求，在实验过程中的烟气采样装置有所不同。
下面简单介绍
几种采样装置图。
美国环境保护部对于烟气中汞的测定方法（参考文献）
目前对于燃煤电厂烟气中各种形态浓度的测量方法最为科研工作者所接受的是美国环
境保护署（EPA）推荐的安大略你方法（OntarioHydroMethod，简称OHM）。
该方法采用等速取样、加热和防止吸附的手段，具有真实样品的代表性和准确性；采用
汞的冷蒸汽原子吸收原理分析汞的浓度，因而精度较高；被美国EPA和能源部（DOE）等机
构推荐为美国的汞标准测试和分析方法。
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图OHM方法烟气汞等速取样系统简图
下图为窦晗等所用的采样系统图。
PAHs组分的采样由TMP-1500电子时控大气采样器完
成，内部串联的PUF材料和玻璃纤维滤膜分别用于采集烟道中的气态和颗粒吸附态PAHs。
（窦晗等：
国内民用燃煤气中多环芳烃排放因子研究）
图采样系统示意图
下面方法是在USEPA方法5的基础上改进的采样系统，由采样探头、冷却装置、玻璃
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套筒、泵、流量计、控制电脑组成。
采样装置的玻璃纤维滤筒（450℃加热净化）来采集悬
浮颗粒和颗粒相PAHs，装入XAD-2树脂的玻璃套筒和PUF用来采集气相中的PAHs。
图PAH采样系统示意图
此装置的最大突破是有三级XAD2/PUF筒，每一级相对独立地收集PAHs颗粒物。
此研
究结果显示在第三级筒上没有发现重要的PAHs颗粒物。
所有的实验至少做三次以确保实验
的重现性。
（H.-H.Yangetal.rJournalofHazardousMaterials60（1998）159–174）、
下面的装置图是煤气PAHs取样装置。
1-除尘装置；2-玻璃纤维滤纸；3-金属丝网；4-冷凝装置；5-收集装置；
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6-吸附装置；7-XAD-2树脂；8-金属丝网；9-温度计；10-吸收装置；
11-二氯甲烷；12-硅胶；13-流量计；14-真空泵
图煤气PAHs取样装置图
实验时，称取一定量的床料加入加料斗中，开启罗茨风机和引风机，调节流化风风量使
其大于最小流化风量，调节引风机挡板，使床内悬浮区压力为微负压；开启螺旋加料器，将
床料加入床内；用电子火花发生器点燃启动燃烧室．燃烧室烟气通人流化床夹套来加热床
料．当床层温度升至约500℃时，开始加入实验用煤，煤在床内着火燃烧使床层温度急剧上
升，控制给煤量和风量，使床层温度稳定在900℃左右．燃烧工况稳定0.5h后，增加给煤
量，打开气阀通入水蒸气，使燃烧工况过渡到气化工况．气化稳定1h后，即可采集实验数
据和气固样品．PAHs样品取自原煤、半焦（布袋除尘器收集的飞灰）和煤气。
（周宏仓等：
空
煤比对煤部分气化多环芳烃排放的影响）
图EPA采样方法5，17
对烟道气中苯并（a）芘（BaP）的测定主要采用美国环保局
（EPA）烟道气颗粒物采样方法
5，
在应用中虽然进行了一些改进，
例如在过滤器前安装旋风分离器以增大采样容量采用大流量
泵进行大流量采样等，但以后的
EPA报导的颗粒物采样方法
17较为完善；它比采样方法
5
简便、准确。
然而，在烟道气中
PAH等有机物不仅被吸附在颗粒物的表面，也会以微小液
滴或呈气态存在。
因此，在使在用上述颗粒物采样方法时，气态和颗粒物表面的有机物，在
采样气流作用下，也会部分透过滤膜而损失，会导致测量值的偏低。
（崔文恒：
固定污染源
烟道气中有机污染物的采样方法）
下图为串联体系采样法采样装置图中的三种采样法。
在这类方法中，虽然采样装置的结
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构或材料有所不同，但其共同特征是将颗粒物采样方法和气体有机物采样方法（吸附法）结
合起来,亦即将过滤部分和吸附部分串联使用。
以求能较完全地收集颗粒物和气体。
图Battelle采样方法图烟道气采样法
Battelle采样法、外部采样法和内部采样法是对EPA采样方法5的改进，Battelle方法是在
方法5的装置中，于过滤器和冲撞式吸收器之间加一TENAX吸附床,其使用温度通常在50
–60℃之间。
而外部采样法的吸附部分位于冷凝器之后，由于通常所用的高分子吸附剂，易
受高温气体的破坏。
因此，在对较高温度的烟道气采样时，吸附剂前使用冷凝装置可以降低
烟道气的温度，同时又可将烟道气中的水蒸汽冷凝下来，以防吸附剂遇水受潮,影响对气体
有机物的吸附。
（崔文恒：
固定污染源烟道气中有机污染物的采样方法）
吸附在颗粒物上的PAH在NO2、HNO3或SO2等作用下，易发生化学反应而生成NO2-PAH或
其他化合物。
因此在烟道气采样时，如果高温烟气含有一定量的NO2、SO2等气体，则有可
能使附着在颗粒物表面的PAH发生化学反应而是分析结果偏低；而且，反应生成物与反应物
的毒性可能有较大差异。
因此，这种化学反应对烟道气的测试造成了很大的困难。
稀释法很好地解决了这一问题，空气稀释法（如下图）旨在用空气（也可用其它惰性气
体）稀释排出烟道采样口的高温烟气,从而降低了烟气温度和NO2、SO2等气体的浓度，以减缓化学反应的发生.在各种稀释装置中。
（崔文恒：
固定污染源烟道气中有机污染物的采样
方法）
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图空气稀释法图稀释气采样器
2.5烟气等速采样系统的设计
目前应用于烟气中PAHs的采样的仪器已经趋于成熟，文献中也给出了许多关于烟气采
样的方法。
结合各种方法，设计出下面的采样方法，解决了在采样过程中PAHs发生穿透的
难题。
同时采集了气相与颗粒相的样品，能够分析确认烟气PAHs在气相和颗粒相两相中的
分布问题；避免了采样过程中穿透带来的误差，为烟气PAHs的测定的可靠性奠定基础。
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结束语
要判断一种采样方法的可行性还要经过严格的现场实验或实验室模拟实验才可以知道。
因此，采样设计流程的合理性还有待于采样考察。
并和现有的采样技术进行对比，选择最佳
的烟气采样方法进行实验研究。
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