A specific uncertainty of sampling polydisperse particulate matter in gravimetric dust concentration measurements in conduits

Kateusz, P.

doi:10.24425/122295

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

A specific uncertainty of sampling polydisperse particulate matter in gravimetric dust concentration measurements in conduits

Autorzy

Kateusz P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.24425/122295

Warianty tytułu

Specyficzna niepewność poboru pyłu polidyspersyjnego w grawimetrycznych pomiarach stężenia pyłu w kanałach

Języki publikacji

Abstrakty

A study of a simulation-calculation character has been undertaken in order to determine one of the uncertainty components of the gravimetric measurement of the mass concentration of total particulate matter in flue gas flowing through a conduit. This uncertainty component is attributed to the degree of representativeness of the isokinetic or anisokinetic sampling of polydisperse particulate matter in the situation when the granulometric composition and density of dust are not known in detail, which is common in routine dust emission field tests. In such cases, the quantitative description of this representativeness, being part of global measurement accuracy analysis, is either ignored or overestimated in practice. Well estimated, the uncertainty component in question is therefore needed for practical purposes. In the study reported here, many dusts of diverse particle size distributions have been simulated representing dusts actually occurring in typical places of dust removal plants, i.e. before and after the dust collectors. Defi nite aspiration characteristics, pertaining to a really existing and used sampling nozzle, have been applied for the calculations. Typical dust densities and isokinetic sampling rates have been adopted. Using the above, the total dust concentration error recorded for the simulated sample taken has been calculated. Based on the distributions of the obtained errors, the uncertainty (along with a necessary correction factor) of the measured concentration has been established as being dependent on the general type of dust, the dust density range, isokinetic rate, and nozzle size. The discussed measurement uncertainty component is estimated to be up to 12% and should be appropriately taken into account in measurement results of total dust concentration in ducts and stacks.

Celem pracy było wyznaczenie składnika niepewności grawimetrycznego pomiaru masowego stężenia pyłu całkowitego w gazach odlotowych odpowiadającego za nie w pełni zidentyfikowany pobór pyłu mający miejsce, gdy nie są dokładnie znane: jego skład frakcyjny i gęstość. Wykonano obliczenia symulacyjne poborów próbki zapylonego gazu. Przyjęto zróżnicowane składy frakcyjne pyłów pogrupowane w cztery typy oddające realne pyły w instalacjach gazów odlotowych: I. gruboziarniste przed odpylaczami, II. średnioziarniste przed odpylaczami, III. za odpylaczami średnioskutecznymi, IV. za odpylaczami wysokoskutecznymi. Przyjęto, iż pobór próbki gazu realizowany jest przy pomocy końcówek aspiracyjnych o znanej charakterystyce zasysania. Obliczono wartości błędu stężenia całkowitego odnotowanego w pobranej próbce dla dwóch zakresów gęstości pyłu, przy zmiennych: stopniu izokinetyczności i średnicy końcówki aspiracyjnej. Na podstawie rozkładów uzyskanych wartości błędu ustalono niepewność pomiaru stężenia całkowitego uzależnioną od danych pomiarowych: zakresu gęstości pyłu, typu pyłu, stopnia izokinetyczności i wielkości końcówki aspiracyjnej. Wyznaczono także towarzyszący niepewności niezbędny współczynnik korekcyjny zmierzonego stężenia. Sporządzono graficzne postaci zmienności niepewności i współczynnika. Ich wartości odczytuje się w zależności od dysponowanych danych pomiarowych. Dla zidentyfikowanych pomiarów niepewność wynosi 0,4-8%. Dla metody grawimetrycznej jako całości, bez rozpatrywania szczegółowych przypadków pomiarowych, niepewność wynosi ok. 10±2%. Generalnie: w pomiarach grawimetrycznych zapylenia gazów odlotowych, w sytuacjach braku szczegółowych informacji o składzie frakcyjnym i gęstości pyłu można szacować składową niepewność pomiaru masowego stężenia pyłu całkowitego z tytułu braku powyższych danych na 0,4-11,5%, a więc w pewnych przypadkach na wysokim poziomie. Składnik ten powinno się wprowadzać do budżetu końcowej niepewności.

Słowa kluczowe

measurement uncertainty flue gas dust concentration gravimetric measurement sampling accuracy polydisperse industrial dust

niepewność pomiaru stężenie pyłu gazów spalinowych pomiar grawimetryczny pobieranie próbek dokładność polidyspersyjny pył przemysłowy

Wydawca

Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences

Czasopismo

Archives of Environmental Protection

Rocznik

2018

Tom

Vol. 44, no. 4

Strony

73--85

Opis fizyczny

Bibliogr. 37 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kateusz P.

przemyslaw.kateusz@polsl.pl

Silesian University of Technology, Poland, Department of Heating, Ventilation and Dust Removal Technology

Bibliografia

1. Badzioch, S. (1960). Correction for anisokinetic sampling of gas-borne dust particles, Journal of the Institute of Fuel, 33, 230, pp. 106-110.
2. Belyaev, S.P. & Levin, L.M. (1974). Techniques for collection of representative aerosol samples, Journal of Aerosol Science, 5, 4, pp. 325-338.
3. Botor, A. (2003). Comparison of the measurement procedures and results of fractional analysis carried out using hand and machine sieving, M.Sc. thesis, Silesian University of Technology, Gliwice 2003. (in Polish)
4. Brockmann, J.E. (2011). Aerosol transport in sampling lines and inlets, In: Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications, Kulkarni, P., Baron, P.A. & Willeke, K. (Eds.), John Wiley & Sons, Hoboken NJ 2011.
5. Durham, M.D. & Lundgren, D.A. (1980). Evaluation of aerosol aspiration efficiency as a function of stokes number, velocity ratio and nozzle angle, Journal of Aerosol Science, 11, 2, pp. 179-188.
6. EA (2011). Method Implementation Document for EN13284-1. Version 2.4, Dec. 2011, Environment Agency. (http://www.s-t-a.org/Files%20Public%20Area/MCERTS-MIDs/MID13284-1%20 particulate.pdf (02.2014)).
7. EA (2013). Technical Guidance Note (Monitoring) M2. Monitoring of Stack Emissions to Air. Version 10, Oct. 2013, Environment Agency (https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/301145/TGN_M2_Monitoring_of_Stack_Emissions_to_Air.pdf (02.2014)).
8. ECA (2013). Evaluation of the Uncertainty of Measurement in Calibration. EA-4/02 M: 2013, European Co-operation for Accreditation, Paris 2013.
9. EMH (2013). Emission Measurement Handbook, (http://airquality. moepp.gov. mk/airquality/wp-content/uploads/2013/01/ Handbook-EM-FINAL-ENG.pdf (10.2014)).
10. EN (2007). EN 15259:2007 Air quality - Measurement of stationary source emissions - Requirements for measurement sections and sites and for the measurement objective, plan and report.
11. EN (2017). EN 13284-1:2017 Stationary source emissions - Determination of low range mass concentration of dust - Part 1: Manual gravimetric method.
12. EN ISO (2002). EN ISO 14956:2002 Air quality - Evaluation of the suitability of a measurement procedure by comparison with a required measurement uncertainty (ISO 14956:2002).
13. Fuchs, N.A. (1975). Sampling of Aerosols, Atmospheric Environment, 9, 8, pp. 697-707.
14. Głomba, M. (1990). Treatment of flue gases from the drying room for hard-coal flotation concentrate, Ochrona Środowiska, 12, 1-2, pp. 40-41. (in Polish)
15. Grinshpun, S.A. Lipatov, G.N. & Sutugin, A.G. (1990). Sampling errors in cylindrical nozzles, Aerosol Science and Technology, 12, 3, pp. 716-740.
16. Hinds, W.C. (1999). Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles, John Wiley & Sons, New York 1999.
17. Hławiczka, S., Kubica, K., Zielonka, U. & Wilkosz, K. (2001). Properties of particulate matter and heavy metals emission from the process of coal combustion in residential furnaces, Archives of Environmental Protection, 27, 2, pp. 29-45. (in Polish)
18. ISO (2003). ISO 9096:2003 Stationary source emissions - Manual determination of mass concentration of particulate matter.
19. Jarzębski, S. & Kapała, J. (1976). An atlas of pollutants emitted in iron and steel processes, Śląsk Publishers, Katowice 1976. (in Polish)
20. JCGM (2008). Evaluation of Measurement Data - Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. JCGM 100:2008, International Bureau of Weights and Measures - Joint Committee for Guides in Metrology, Sevres 2008.
21. Jędrusik, M. & Świerczok, A. (1997). The effect of flue gas desulphurization by the WAWO method on the efficiency of an electrostatic precipitator, Ochrona Środowiska, 1, 64, pp. 7-8. (in Polish)
22. Karcz, A., Mierzwiński, S. & Morel, J. (1992). Ecological aspects of coke dry cooling, In: Proc. Polish Nationwide Scientific Conference “The Effects of Influence of Coke Industry on Human Environment”, Oct. 20-22, 1992, Zabrze, Poland. Institute of Environmental Engineering of the Polish Academy of Sciences, Zabrze 1992. (in Polish)
23. Kateusz, P. (2018). The hitherto non-included component in the uncertainty budget for gravimetric measurement of particulate matter concentration in a conduit, Accreditation and Quality Assurance, 23, 2, pp. 73-86.
24. Kateusz, P. & Szulikowski, J. (2015). Issues of accuracy estimation of measurements concerning the emitted dust-laden industrial flue gases, In: Current Issues in Environmental Engineering, Barbusiński K. (Ed.). Faculty of Energy and Environmental Engineering of the Silesian University of Technology, Gliwice 2015. (in Polish)
25. Konieczyński, J., Kozielska, B., Żeliński, J., Staisz, J. & Pasoń-Konieczyńska, A. (2003). Granulometric composition and polycyclic aromatic hydrocarbons content and profiles in dust emitted from power industry, Publishing House of the Silesian University of Technology, Gliwice 2003. (in Polish)
26. Laudyn, D. (1996). Dust removal from flue gases, In: Boiler Flue Gas Cleaning, Trojanowski, J. (Ed.). Atmospheric Air Protection Foundation, Warszawa 1996. (in Polish)
27. Liu, B.Y.H., Zhang, Z.Q. & Kuehn, T.H. (1989). A numerical study of inertial errors in anisokinetic sampling, Journal of Aerosol Science, 20, 3, pp. 367-380.
28. Melaniuk-Wolny, E., Konieczyński, J. & Komosiński, B. (2006). Granulometric composition of dust released from zinc and lead smelting, Archives of Environmental Protection, 32, 1, pp. 23-32.
29. NPL (2014). Emissions Measurement: Guidance and Training. Uncertainty Calculation for EN 13284 Determination of Low Range Mass Concentration of Dust, Manual Gravimetric Method (Excel sheet), National Physical Laboratory, UK (http://www.npl.co.uk/measurement-services/environmental-monitoring/ emissions-measurement-guidance-and-training (10.2014)).
30. Piotrowski, J. & Kostyrko, K. (2012). Calibration of the measuring apparatus, PWN, Warsaw 2012. (in Polish)
31. Rutkowski, J. (1989). Sources of atmospheric air pollutants, Publishing House of the Wrocław University of Technology, Wrocław 1989. (in Polish)
32. Szulikowski, J. (1999). Metrological analysis of the pressure balance- type aspiration probe of the gravimetric dust sampler P-10ZA, Research Booklets of the Silesian University of Technology, Ser. Environmental Engineering B. 41. Publishing House of the Silesian University of Technology, Gliwice 1999. (in Polish)
33. Szulikowski, J. & Kateusz, P. (2009). Measuring gas velocity in a duct as a specific function of a pressure-balance-type probe in an isokinetic dust sampler, Environmental Technology, 30, 3, pp. 301-311.
34. Szulikowski, J., Kateusz, P. & Rylik P. (1994). Design of an apparatus for measurement of industrial gas dust content. sampling accuracy determination depending on geometrical and kinetic conditions of aerosol aspiration by means of a dust sampling probe. Report BK-55/RIE-1/94, Silesian University of Technology, Gliwice 1994. (in Polish)
35. Tapola, M. & Heinänen, S. (2003). Handbook of industrial air technology applications - control systems for wood dust exposure. TAKE E DGB Prestudy 3, Finnish Development Center for Building Services Ltd., Helsinki 2003.
36. Vincent, J.H. (2007). Aerosol Sampling: Science, Standards, Instrumentation and Applications, John Wiley & Sons, Chichester 2007.
37. VTT (2007). Handbook for Emission Measurements. Part 1: Fundamentals of Measurement Technique, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo, Finland, 2007 (in Finnish) (http:// www.ymparisto.fi/fi-FI/Asiointi_luvat_ja_ymparistovaikutusten_arviointi/Luvat_ilmoitukset_ja_rekisterointi/Paastotiedon_ilmoittaminen_paastorekistereihin_PRTR/Laitoskohtaisten_paastotietojen_tuottaminen (05.2014)).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-67be2c5d-80a7-493a-af27-0ea87c117025