PHẦN THỨ HAI: LẤY MẪU NGUỒN
7.7. LẤY VAØ PHÂN TÍCH MẪU BỤI TẠI NGUỒN
Mục đích cơ bản của việc lấy mẫu bụi trong ống khói là xác định trọng lượng các chất rắn, một vài chất lỏng và hơi ngưng tụ ứng với từng lưu lượng khí đi trong ống
khói. Bởi vậy, vận tốc dòng khí trong ống khói hoặc sức mang của dòng khí được định lượng nếu tỷ lệ các chất ô nhiễm bụi có trong ống khói được xác định.
Thiết bị dùng để lấy mẫu bụi có năm thành phần quan trọng. Những thành phần này có tác dụng rất quan trọng và có thể coi như là một bộ lấy mẫu bụi. Bộ các thiết bị lấy mẫu bao gồm ống pitot (Pitobe), hộp lấy mẫu, duorail, dây nối và hộp đo lưu lượng (hình 7.21).
Pitobe: là một tập hợp các ống thăm lấy mẫu được đưa vào trong ống khói và ống pitot được gắn với một thiết bị đo lưu tốc nhằm định lượng lưu tốc dòng khí đi trong ống khói. Lấy mẫu bụi thì mẫu này phải có giá trị đại diện cho tất cả lượng khí đi trong ống khói. Bởi vậy, miệng ống pitobe phải được đưa vào trong ống khói, tại một điểm mà tại đó tốc độ đi vào trong miệng ống lấy mẫu phải bằng với tốc độ dòng khí chuyển động tại bất kỳ điểm nào trong ống khói.
Ống pitobe đã từng dùng để đặt nằm ngang vào trong ống khói hoặc trong ống để xác định áp suất động tại một điểm trong ống. Nó được đưa vào trong ống tại từng điểm trên tiết diện ngang, tại từng tiết diện ngang từ 5 - 10 phút, sau đó đọc các thông số khác nhau hoặc là đọc các giá trị áp suất động. Với những ống hình chữ nhật, một tiết diện ngang của ống đươc chia ra thành nhiều diện tích tương đương sau đó lấy mẫu tại tâm từng diện tích này. Với những ống hình tròn, những diện tích đồng tâm được lấy mẫu tại tâm từng diện tích và lấy mẫu cả ở vòng tròn bên ngoài giáp thành ống. Việc chia số vùng lấy mẫu trên diện tích một tiết diện ngang, chọn phụ thuộc vào kích thước ống và độ chính xác mà ta cần có.
Hình 7.21. Thiết bị lấy mẫu bụi
Ở những cút cong thì thích hợp nhất là chia chúng theo những tiết diện hình chữ nhật hoặc vuông, bởi vì tại đó ít có sự hỗn loạn hoặc biến đổi dòng chảy hơn là tại những tiết diện tại những góc. Vị trí lấy mẫu tốt là tại những điểm nằm trong những khoảng, cách vị trí rối loạn dòng chảy 7 lần đường kính nếu tính xuôi theo dòng chảy, cách 3 lần đường kính nếu tính ngược theo chiều dòng chảy, tại đây sẽ có được các kết quả đo sẽ đại diện cho toàn ống dẫn. Những nhánh rẽ, cút, van, cửa ra vào quạt hoặc thiết bị thu bụi là những điểm nên chọn lấy mẫu.
Hộp lấy mẫu
Hộp lấy mẫu là một tổ hợp các cyclon thủy tinh, mà chúng có thể giữ lại những hạt bụi có đường kính lớn hơn 5μm, tiếp theo sau những cylon này là những tấm lọc bụi lỗ tổ ong dạng bông thủy tinh dùng để lọc những hạt bụi nhỏ. Cả cyclon và tấm lọc đều được giữ ở khoảng nhiệt độ từ 240 - 280 oF (tương đương 115,55 – 137,77 0C), nhằm ngăn chặn quá trình ngưng hơi nước trên tấm lọc bụi. Tiếp theo là một chuỗi bốn cái Greenburg-Smith impinger là nơi có chứa đá lạnh, nhằm làm cho ngưng hơi nước trong dòng không khí. Trong chuỗi impinger này thì chỉ có impinger thứ hai là còn để lại đầu bịt ống phía trong (còn để lại nguyên dạng gốc) còn những cái impinger khác thì được cắt những đầu này đi để tránh tổn thất áp suất. Impinger thứ nhất chứa 250 ml nước đã được chống ion hóa, impinger thứ hai chứa 150 ml dung dịch nước đã được chống ion hóa. Impinger thứ ba dùng làm khô dòng không khí bằng cách tách nước ra, impinger thứ tư chứa 175 g silicagel cũng có tác dụng tách và hút hơi ẩm. Trong một vài trường hợp các impinger kia còn được dùng như là một thiết bị thu bụi kiểu ướt.
Giá đỡ
Giá đỡ là dụng cụ làm cho ống pitobe và hộp lấy mẫu gắn chặt trên ống khói. Hộp lấy mẫu được kẹp chặt bởi hai thanh nhôm, sao cho hộp có thể tùy ý chuyển động theo chiều thẳng đứng hoặc theo chiều ngang. Một thanh nhôm đi xiên góc, được buộc chặt vào ống khói bằng sợi dây nylon nhằm đỡ hai thanh trên. Nói cách khác, giá đỡ ống là một khung hình tam giác, sợ dây nylon buộc chặt giá đỡ theo cạnh huyền vào ống khói. Thiết bị này có tác dụng buộc chặt thiết bị lấy mẫu vào ống khói tại vị trí lấy mẫu.
Ống nối
Dùng để nối các Greenburg-Smith Impinger và ống pitot và thiết bị gia nhiệt tại hộp đo.
Hộp đo
Hộp đo có chứa một bơm chân không, van điều chỉnh, thiết bị đo lưu lượng dòng khí, đầu pitot + áp kế, máy hút chân không và một bộ điều khiển điện. Một cửa lấy khí đã biết trước kích thước và một áp kế dùng độ nghiêng của mặt nước để xác định tốc độ lấy mẫu. Một máy đo khí có đồng hồ hiển thị dùng để xác định lưu lượng dòng khí lấy mẫu.
Ống pitobe được nối với hộp tại một vị trí thích hợp nằm trong khoảng 100 feet từ vị trí lấy mẫu. Ống nối nối hộp đo với hộp lấy mẫu. Ống pitobe thường được luồn sâu vào trong ống khói tại điểm lấy mẫu, từ 10 đến 15 phút cho mỗi điểm chọn, đọc các thông số, đọc áp suất động hiển thị tại áp kế. Tốc độ lấy mẫu được giữ ổn định, bằng cách quan sát con số hiển thị trên áp kế sau đo bằng phép nội suy có thể điều chỉnh tốc độ lấy mẫu, như là tăng hoặc giảm áp suất tại miệng ống pitobe cho tương xứng với tốc độ dòng khí đi trong ống khói.
Thiết bị phụ khác:
1. Một ống pitot hình chữ U được đưa sâu vào trong ống khói để xác định áp suất tĩnh trong ống.
2. Một khí áp kế dùng để ghi lại các diễn biến của áp suất động.
3. Một thiết bị đo nhiệt ẩm, để đưa đầu đo vào trong ống khói xác định độ ẩm trong dòng khí trong ống khói.
5. Một ORSAT (ORSAT- là thiết bị hấp thụ có lựa chọn các oxit) dùng để định lượng các oxit CO, CO2 và O2 chứa trong dòng khí, nó còn là thiết bị xác định các phần tử khô trong dòng khí.
Từ những số liệu trên ta có thể quay lại xác định được chính xác tốc độ dòng khí đi trong ống khói. Từ các số liệu đã biết về diện tích tiết diện ngang tại mặt cắt lấy mẫu và số liệu về lưu tốc dòng khí ta có thể tính toán xác định được lưu lượng dòng khí vận chuyển trong ống khói.
Mặc dù có sử dụng thiết bị ORSAT (sản phẩm của tập đoàn Burrell) có sử dụng quá trình đốt cháy khí để phân tích nhưng giá thành phân tích mẫu cũng không cao lắm. Thiết bị này có sử dụng nguyên tắc hấp thụ và ion hóa, nên nó có thể phát hiện và phân tích được một số loại như CO, CO2, O2 và một vài loại hơi HC. Những hơi acid có trong khí thải là điều gây nguy hại lớn cho máy, do vậy phải có biện pháp lọc sạch acid.
Hình 7.22. Máy phân tích ORSAT sử dụng nguyên lý đốt cháy
Tập đoàn Harvey-Westbury đã sản xuất ra một loại máy ORSAT điện tử (hình 7.23), không dùng nguyên lý đốt cháy để phân tích, mà dùng theo nguyên lý phân đoạn bằng sắc ký khí. Máy ORSAT điện tử không những cũng phân tích được các khí như máy trên mà nó còn phân tích được cả khí N2. Độ chính xác của máy ORSAT điện tử là do ta điều chỉnh, loại máy này có giá thành cao hơn loại máy dùng nguyên lý đốt cháy nhưng nó có độ chính xác cao hơn.
Một loại thiết bị khác cũng có độ chính xác cao, là sản phẩm của công ty Mine Safety Appliance (hình 7.17) sử dụng theo nguyên lý tia hồng ngoại để phân tích CO,CO2 và một vài loại hơn HC trong khí thải. Giá thành loại máy này cao hơn máy ORSAT và cũng không sử dụng nguyên lý đốt cháy khí. Nó có thể cung cấp chính xác các số liệu về khí thải của các phương tiện giao thông, cũng như tại các ống khói.
Hình 7.23. Máy phân tích ORSAT điện tử
Dựa trên những thành phần của dòng khí ta có thể xác định được biện pháp lấy bụi sao cho chính xác nhất, nhưng tấm lọc bụi có thể gắn cùng với các ống pitot để thu bụi. Với những vị trí quan trọng, nhất thiết phải lấy bụi mà tại đó nhiệt độ cao, nồng độ hóa chất cao, lại ẩm ướt thì có tấm lọc ceramic đặt trên một cái kê hoặc đĩa bảo vệ là đáp ứng được yêu cầu. Với những tấm lọc cellulo hoặc tấm lọc mềm có thể lọc được những hạt bụi có kích thước rất nhỏ. Lượng bụi thu được trên tấm lọc được cân để xác định trọng lượng và được ghi chép theo đơn vị (trọng lượng/m3) hoặc (trọng lượng/ đơn vị thời gian). Khi dùng impinger có chứa dung dịch lỏng để thu bụi thì trọng lượng bụi được xác định khi làm bay hơi hoàn toàn chất lỏng.