低排放限值标准下锅炉废气监测注意事项

上海市长宁区环境监测站 李峰

锅炉是一种常见的能源转换设备。锅炉在能源转换过程中排放大气污染物会增加大气中颗粒物与臭氧(O3)含量，是降低大气生态环境质量的主因之一。党的十八大以来，全国积极推动燃煤小锅炉的淘态改造和清洁能源的推广普及，全国锅炉总台数从2015年57.92万台降到2020年的35.59万台[1-2]。尽管锅炉治理取得显著成效，但大气污染防治的工作始终没有松懈。为更好地满足人民对生态环境的要求，促进社会经济发展，各省市陆续出台低排放浓度限值的锅炉大气污染物标准。对于基层环境监测站，监测低排放浓度的锅炉废气是新的考验和职责。我们必须要加强锅炉废气监测的学习和探究，做好锅炉废气监测的工作和质控，使锅炉废气监测能够逐渐实现规范化和科学化，为生态环境保护事业护航。

一、锅炉废气监测的概述

（一）锅炉废气的概念

锅炉废气是由于锅炉运行中排放的大气污染物,主要有颗粒物、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)等污染物。其中颗粒物主要是指粒径在0.1μm-10μm之间的细颗粒物(PM)，大量的细颗粒物悬浮在低层大气中，会使空气能见度显著降低，当细颗粒物不能及时被吹散时，极易造成灰霾天气，威胁人类身体健康；[3]二氧化硫是我国酸雨的主要成因，大量的二氧化硫积聚在低层大气中，会造成降水酸化，进而出现土地酸化，土地将成为不毛之地并产生危害[4]；氮氧化物能和非甲烷碳氢化合物(NMHC),在太阳光强烈照射下，经过一系列复杂的光化学反应，产生高浓度光化学烟雾，会造成人体肺功能异常和农作物产量减少[5]。

（二）锅炉废气监测的概念和意义

锅炉废气监测是由监测人员使用检定的采样仪器，对锅炉废气污染物间歇或连续测量，根据污染物化学或物理特性测定污染物的排放浓度数值，并出示有效的锅炉废气评价报告。一次完整的锅炉监测能直接反映锅炉废气的真实排放情况，为生态环境执法提供有效依据。定期开展锅炉监测，能为生态环境部门积累大量数据参考，切实提高我国大气环境管理工作的质量，确保生态环境治理决策的有效性和科学性。

（三）锅炉废气监测的现状和方法

跟发达国家环境监测发展比，我国环境监测起步晚，环境监测仪器发展落后。近些年，随着我国科研技术更新迭代、制造技术迅猛发展，环境监测能力不断进步，理论水平、监测方法和监测设备呈现多样化发展趋势。同时，锅炉废气监测的方法和业务水平也一直在进步，锅炉废气污染物手工监测的方法更多样化，如国家标准中固定源废气氮氧化物的测定方法就有五种，见表1；锅炉废气监测的方法更科学化，之前大多采用瞬时监测数据，现在要求持续采样五分钟以上平均数据作为评判依据，能更好反映锅炉废气排放状态。

表1 现有国标中锅炉污染物手工监测方法

（四）锅炉废气低排放限值标准的情况

随着生态环境的治理理念的转变，目前各地根据大气环境质量状况、能源结构调整情况、锅炉使用及排放情况等因地制宜地制修订锅炉大气污染物排放标准，已成为巩固燃煤锅炉淘汰改造成果、控制氮氧化物排放，破解大气复合性污染问题，将行政手段上升到法律手段的重要举措之一[6]。目前各地标准制定的政策基本理念是分类治理，针对不同燃料的锅炉，有不同的排放限值。笔者列举了燃气锅炉排放限值的标准情况见图1。天然气是一种清洁低碳能源，但燃气锅炉存在氮氧化物排放突出的问题。以氮氧化物排放限值为例，国家制定的《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271－2014)①排放限值在200mg/m3，各地标准中最严的排放限值降低到30mg/m3，相对宽松的地方标准也要求80mg/m3排放限值。氮氧化物排放限值从百位数降到十位数，只有原标准排放限值的15%-40%。另一方面，颗粒物和二氧化硫的排放浓度限值也出现不同程度趋严。可见各地生态环境部门对大气污染物管控力度加大，如何做好低排放限值标准下的锅炉废气监测工作是值得探讨的。

图1 锅炉大气污染物排放限值国家和地方标准情况

二、锅炉废气监测的注意事项

（一）确保监测环境的安全

锅炉是特种设备，需要安全使用和监测。因此，在监测锅炉废气时，首先是做好前期现场勘探工作，确保人员安全和监测场地安全，制订详细的监测方案。人员需接受相关机构的培训，考取对应的资格证书，熟练掌握相关仪器的使用。场地需按照《固定源废气监测技术规范》(HJT 397-2007)要求，采样平台的面积应不少于1.5m2，应设1.1m高的护栏和不低于10cm的脚步挡板，且采样平台承重应不小于200㎏/m2，采样孔距平台面约为1.2m-1.3m②。制订监测方案需根据排污许可证上的污染物标识，确定监测方法、采样仪器和采样频次。

（二）废气中低浓度氮氧化物和二氧化硫监测注意事项

1.定电位电解法分析仪的维护

当前，基层环境监测站日常开展锅炉监测主要采用定电位电解法分析仪。笔者接触过Kane、Testo和青岛崂应的产品，定电位电解法分析仪操作简单，具有开机能测、响应时间快、稳定性和重复性好等优势。定电位电解法也称电化学法，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。在日常使用中，烟气分析仪每个月开机运行，确保电化学传感器的电极稳定；并按照单位相关规章制度的规定，定期送国家授权的法定计量检定机构检验，只有取得证书后分析仪才能用于监督监测。需要注意，一般电化学传感器只有2年的寿命，当气体标定时出现偏差，应及时更换电化学传感器。

2.定电位电解法分析仪的干扰处理

定电位电解法分析仪存在干扰组分过多的问题，例如颗粒物、气态水和一氧化碳均产生干扰，影响结果出现偏差。采样时，需要配置大功率加热泵对采样枪管进行加热，降低或消除抽取废气中颗粒物和气态水干扰；同时采样全过程中，时刻注意一氧化碳的实时浓度变化，只有一氧化碳浓度在50μmol/mol以下时才能进行采样。当一氧化碳浓度超过50μmol/mol 时，应开展一氧化碳干扰试验确定一氧化碳浓度最高值时测得的二氧化硫数据，以及超过干扰试验确定的二氧化硫浓度最高值和一氧化碳浓度最高值的数据，均应作为无效数据予以剔除③。

3.非分散红外吸收分析仪的干扰处理

非分散红外法是锅炉废气监测方法之一，与定电位电解法相比稳定性更好，但非分散红外分析仪存在预热时间长和受外界温度波动影响较大的缺点，日常工作使用频次较低。环境温度对非分散红外分析仪的影响较大，为了保证检测器的稳定性，需要超过半小时的预热时间。非分散红外分析仪同时存在组分干扰的问题，烟气中的气态水和颗粒物是导致二氧化硫和氮氧化物测定误差的主要干扰物，直接波及仪器的测量精确度。采样时，需要配置大功率除湿冷却装置去除废气中的气态水、过滤器除尘和废气降温，这样能降低或消除抽取废气中颗粒物和气态水干扰的影响。

4.锅炉废气测定前后的质量控制

在测定低浓度氮氧化物和二氧化硫时，需要配置低浓度传感器，确保有效量程在气态污染物浓度范围内。光学仪器对震动非常敏感，如果标定并使用后有移动，那么其准确性和稳定性也发生了变化[7]。因此为确保仪器示值正常、可溯源，在现场监测前、后，必须用零气和标准气体标定(需要注意标准气体浓度的单位与仪器显示值的单位是否一致)标准气体也要选择合适的低浓度标气，测定污染物浓度应在仪器校准量程20%-100%范围内。同时根据国家标准给出的性能要求，检查分析仪的系统偏差和示值误差，只有在符合标准规定下，监测数据才是有效的。

5.锅炉运行的时间控制

锅炉的用气需求有时段和季节的变化。在现场监测时，锅炉经常因为没有用气需求出现休眠待机的状态，尤其是在夏天测锅炉难上加难。对此，监测人员要跟锅炉操作工沟通解决方案，确定锅炉工况负荷持续稳定的时间段。按照相关标准要求，一次有效的锅炉监测数据最少需要10分钟的锅炉运行时长。监测人员要保持耐心，可以分阶段进行采样，分次采集三个时间段的气态污染物数据。

6.确保烟道检测孔气密

锅炉废气采样时，烟道内氧气含量不仅是反应映锅炉燃烧状况的重要参数，也是计算气体排放浓度的关键参数。氧含量直接参与数据的浓度折算，造成最终的污染物排放浓度结果失准。在现场监测时，一般检测孔的孔径是圆型，只放采样枪会出现管道烟气溢出现象，同时新鲜的空气通过检测孔进入烟道，影响最终计算结果。因此，烟道检测孔一定要用填充物封堵，确保烟道检测孔密不透风。

（三）低浓度烟尘监测的注意事项

1.监测位置的选定

监测位置与锅炉废气监测数据息息相关。在锅炉废气监测中，烟道里颗粒物的分布状态是不均匀的，不规范的监测位置会导致采集样本与实际出现偏差，干扰监测结果的准确性。所以锅炉废气监测的采样位置选定时，采样人员需选择烟气流速平缓的管段，确保采样气流的稳定平缓，通常监测位置在弯头、变径管下游方向不低于 6 倍管径的位置，距离上述部位的上游不小于 3倍管径的距离，避开在烟道弯头和断面急剧变化的部位，这种监测位置的设置方法多适用于圆形烟道，若烟道形状为矩形，可按当量直径：D=2AB/(A+B)公式确定其位置，A、B表示边长[8]。

2.含湿量的测量

含湿量是锅炉烟尘监测中重要的监测数据，通常锅炉排放管道内的废气含湿量比较高，当锅炉废气中温度升高时，废气含湿量会降低。因此，在锅炉工况稳定的时候测烟气含湿量比较准确。烟气中含湿量的测定方法有重量法、冷凝法、干湿球法和阻容法等，目前使用最方便快捷的是阻容法测定含湿量。

3.控制合理的采样流速

锅炉烟尘低浓度颗粒物采样是利用相同流速采样原理抽取废气。因此，在采样前，应预先测得烟道内的废气流速，根据烟尘采样仪提示，选择合适的大小采样嘴，这样能控制采样气流速度与测点流速基本相等，确保两者相对误差小于10%。

4.避免滤膜出现负值

采集低排放浓度的样品时，滤膜出现负值是锅炉废气监测中常见的问题之一，多数是滤膜处理环节出现人为干扰因素：滤膜称重应选用同一台天平，在同一温度和湿度下进行；携带滤膜要放入专门的防尘防光袋；滤膜采样前、后，采样人员设置、拿取和转移采样品时要戴一次性防静电、无尘手套。

5.烟尘采样的干扰处理

锅炉废气监测前，监测人员应先清除烟道检测口附近积聚的灰尘。监测采样时，确保采样嘴的采样位置避免接触烟道管壁，采样嘴沾污，会使测定结果增大偏离。锅炉废气排放管道内的烟气湿度高、烟气温度低，采样管同样需要加热装置，若不采取全程加热，一会导致滤膜边缘破损严重，二会因为烟气中水蒸气凝结在采样管内壁，将附着在采样管壁上的颗粒物冲刷到滤膜上，引起滤膜增重误差[9]。根据《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017)标准，烟尘采样时需同步采集全程序空白样品，将空白采样嘴背对气流放置，无需连接烟尘采样仪，采样时常与样品一致，任何低于全程序空白增重的样品均无效④。

三、结语

文章根据笔者的工作经验，总结归纳了低排放限值标准下锅炉废气监测的注意事项。显而易见，锅炉废气监测是一项纷繁复杂的监测任务，各项细节的疏失都会对低浓度污染物监测数据产生偏离。锅炉废气监测数据是提供环境执法部门作为评判的重要依据，特别是低排放限值的标准出台，监测数据的标准化、规范化和精确性更为重要。为保证锅炉废气监测工作有效开展和满足生态环境部门管控要求，建议监测人员了解和知晓锅炉监测全过程的注意事项，确保锅炉废气监测数据真实、有效、为环境执法和生态管控决策提供依据。

注释

①GB13271－2014锅炉大气污染物排放标准[S].

②HJ/T397－2007固定源废气监测技术规范[S].

③HJ57-2017固定源污染源废气二氧化硫的测定定电位电解法[S].

④HJ836－2017固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法[S].