固定源挥发性有机气体在线监测介绍

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一、固定污染源介绍


u 固定污染源监测简介

污染源按照排放方式不同可分为固定污染源流动污染源。固定污染源指烟道、烟囱及排气筒等具有固定位置,排放稳定的排放源。固定污染VOCs主要来源于喷涂行业、皮革行业、石油化工、印刷行业等,其主要特点是排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长,对局部环境影响较大,属于有组织排放监控点。

      对固定污染源进行在线监测能够检查污染源排放到废气中的有害物质是否符合排放标准的要求;评价企业净化装置的性能和运行情况,以及污染防止措施的效果,为大气质量管理与评价提供依据。

      污染源监测要求:

  (1)   生产设备处于正常运转状态下进行监测;

  (2)   因生产过程而引起排放情况变化的污染源,应根据其变化的特点和周期进行监测;

  (3)   当测定工业锅炉烟尘浓度时,锅炉应在稳定的负荷下运转,不可低于额定负荷的85%

  (4)   对于烧炉,测定的时间不得少于两个加煤周期。

u 固定污染源监测难点

因固定污染源现场工况的复杂性,导致固定污染源在线监测具有一定的难度,主要体现在:

(1)   待测组分浓度高,一般在ppm级别以上;

(2)   工况复杂:粉尘、焦油、湿度、气体压力、腐蚀性气体等含量较高;

(3)   在线采样点距离分析仪距离较远,要考虑样品在传输过程中的稳定性,管路中样品更新的周期;

(4)   污染物总类多,成分较为复杂;

(5)   排放强度大;

(6)   线性范围较宽,部分污染源泄漏检测,要求较宽的线性范围,一般从ppb到几百个ppm


二、VOCs在线监测系统简介


仪器各项参数指标符合环保局VOCs在线监测仪器规范要求,可以监测非甲烷总烃及三苯。

u 非甲烷总烃在线监测

采用双色谱柱FID检测技术,分别监测样气中的总烃和甲烷浓度,以两者之差作为非甲烷总烃的浓度值,同时除总烃空气氧的空白值,以扣除总烃色谱峰中的氧峰干扰。  

  非甲烷总烃通道用于测量治理后排放气体的总烃(TVOCs)和非甲烷总烃(NHMC)总含量。

u 组分(三苯)在线监测

分析仪工作原理是基于VOC 气体的电离特性,采用氢火焰离子化检测器(FID)测量混合气体中挥发性有机物的含量。分析仪采用气体预处理分离技术,从混合气体中分离出VOC 组分气体,采用氢火焰离子化检测器对分离出来的各组分气体出峰时间进行测量,对气体进行定性分析;同时对各组分气体峰高峰面积进行计算,测量出各组分物质含量。

组分通道VOC 在线气体分析仪采用预分离技术,从混合气体中分离出三苯组分气体,采用氢火焰离子化检测器,对气体含量进行定量定性分析。


三、VOCs在线监测系统组成


在线监测系统,采用FID技术进行三苯与非甲烷总烃的在线监测,该系统主要由采样单元、采样预处理单元、温压流湿检测单元、空气发生器、氢气发生器、分析单元等部分构成。

采样单元(烟气采样器)通过电伴热采样管线将样气从烟道抽到预处理系统,分别通过烧结过滤器、通用过滤器除尘,获得干净的待测气体由采样泵抽到VOC在线气体分析仪中进行气体检测分析;

分析仪采用氢火焰离子化检测器(FID),对气体进行定性定量分析;

空气发生器和氢气发生器为FID燃烧提供洁净的空气和氢气。

1  在线监测系统组成

序号

仪器名称

数量

1

烟气预处理单元

1

2

烟气分析仪

1

3

烟气采样器

1

4

温压流湿检测器

1

5

空气压缩机

1

6

氢气发生器

1

7

空气发生器

1

                                                                         

VOC在线监测系统


四、VOCs在线监测技术及其特点


环境空气质量在线监测分析仪器在我国应用已经比较广泛,然而在固定污染源在线监测过程中采集测试的样品较环境空气差异较大,采样分析的环境条件相对恶劣,仪器设备将长期在高污染、高负荷的条件下运行且污染源排放废气浓度较高,要求仪器的测量范围覆盖更大。因此,固定污染源VOCs在线监测在长期运行稳定性和准确测试的可靠性方面均需要提出更高的要求,需要配置符合污染源监测要求的采样和分析部件,固定污染源VOCs在线监测技术特点详见下表:


2  常见固定污染源废气VOCs在线监测仪器分析技术和应用特点

序号

分析技术

技术特点分析


1


氢火焰离子化检测

对碳氢有机物响应十分灵敏,线性范围宽,稳定性强,而且结构简单,使用维护方便已广泛应用于总量的监测,烟气中的氧气、水分以及氮、氧或卤素原子的有机物均会对测试造成干扰和影响


2


光离子化检测

检测器体积小巧,无需辅助气体,常用于现场便携仪器使用,主要用于室内环境监测、应急监测、危险、泄漏气体预警、污染源追踪中含量的监测分析,对不同化合物的响应系数也不同,对一些短链烷烃响应极低甚至无法检测到


3


催化氧化非分散红外吸收

技术稳定性和灵敏度不高,易受共存干扰物的影响,且在催化氧化过程中往往存在催化剂中毒、转化不完全,转化效率低等问题,因此目前在实际应用中并不多见


4


气相色谱

检测灵敏度高,选择性强,可监测单个组分同时分析多个组分;不足之处是样品检测周期相对较长,响应速度相对较慢,另外配置不同检测器,其检测分析的组分数、灵敏度、选择性以及准确度和设备维护量差异较大


5


傅立叶变换红外光谱

检测技术成熟,检测种类较多,可同时分析多个组分,现场测量检测周期短、响应时间快,但其检测分析的灵敏度一般胶色谱技术低且光学器件维护成本高、维护量较大


6


差分吸收光谱

检测技术成熟,可同时分析多个组分,一般现场采取非接触式直接连续测量,无需预处理,保证气体不失真,响应时间很快,可实现测量光路区域内的在线监测,但其检测分析的灵敏度一般较色谱技术低,检测种类有限,目前主要是苯、甲苯等苯系物


7


离子迁移谱

检测灵敏度高,相比于质谱技术不需要真空系统,仪器结构简单、成本较低,可测量浓度低,腐蚀性高的气体,但该技术特异性差,可测量种类有限,干扰化合物较多,目前作为便携式监测仪在应急监测,在食品安全监测等领域有所应用


8


调谐激光吸收光谱

检测灵敏度高,选择性强,干扰很小,现场采取非接触式直接连续测量,无需预处理,保证气体不失真,响应时间很快,实时性强,可实现测量光路区域内的在线监测,该技术单一光源一般只能完成单一组分测量


3  固定污染源废气VOCs在线监测技术特点

序号

技术特点和需求

影响

1

采样系统需克服烟道内样气高温、高湿、高扬尘、强腐蚀性的特点

长期稳定运行

2

采样组分易吸附和溶于水,采样过程易造成损失、导致测试失真

准确可靠测试

3

分析烟气成分复杂,干扰组分多,组分浓度差异大

准确可靠测试

4

分析测试要求尽量快速响应结果,可能参与治理工艺等过程控制

长期稳定运行,准确可靠测试

5

采样分析现场工况条件复杂,变化幅度大,各种治理设施协同作用

长期稳定运行,准确可靠测试

6

分析仪器排放浓度相对较高,测量范围跨度大

准确可靠测试

7

系统设备待测组分种类多,各行业需求差异大

监测系统的适用性