上海市長寧區(qū)環(huán)境監(jiān)測站 李峰

鍋爐是一種常見的能源轉(zhuǎn)換設備。鍋爐在能源轉(zhuǎn)換過程中排放大氣污染物會增加大氣中顆粒物與臭氧(O3)含量，是降低大氣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主因之一。黨的十八大以來，全國積極推動燃煤小鍋爐的淘態(tài)改造和清潔能源的推廣普及，全國鍋爐總臺數(shù)從2015年57.92萬臺降到2020年的35.59萬臺[1-2]。盡管鍋爐治理取得顯著成效，但大氣污染防治的工作始終沒有松懈。為更好地滿足人民對生態(tài)環(huán)境的要求，促進社會經(jīng)濟發(fā)展，各省市陸續(xù)出臺低排放濃度限值的鍋爐大氣污染物標準。對于基層環(huán)境監(jiān)測站，監(jiān)測低排放濃度的鍋爐廢氣是新的考驗和職責。我們必須要加強鍋爐廢氣監(jiān)測的學習和探究，做好鍋爐廢氣監(jiān)測的工作和質(zhì)控，使鍋爐廢氣監(jiān)測能夠逐漸實現(xiàn)規(guī)范化和科學化，為生態(tài)環(huán)境保護事業(yè)護航。

一、鍋爐廢氣監(jiān)測的概述

（一）鍋爐廢氣的概念

鍋爐廢氣是由于鍋爐運行中排放的大氣污染物,主要有顆粒物、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)等污染物。其中顆粒物主要是指粒徑在0.1μm-10μm之間的細顆粒物(PM)，大量的細顆粒物懸浮在低層大氣中，會使空氣能見度顯著降低，當細顆粒物不能及時被吹散時，極易造成灰霾天氣，威脅人類身體健康；[3]二氧化硫是我國酸雨的主要成因，大量的二氧化硫積聚在低層大氣中，會造成降水酸化，進而出現(xiàn)土地酸化，土地將成為不毛之地并產(chǎn)生危害[4]；氮氧化物能和非甲烷碳氫化合物(NMHC),在太陽光強烈照射下，經(jīng)過一系列復雜的光化學反應，產(chǎn)生高濃度光化學煙霧，會造成人體肺功能異常和農(nóng)作物產(chǎn)量減少[5]。

（二）鍋爐廢氣監(jiān)測的概念和意義

鍋爐廢氣監(jiān)測是由監(jiān)測人員使用檢定的采樣儀器，對鍋爐廢氣污染物間歇或連續(xù)測量，根據(jù)污染物化學或物理特性測定污染物的排放濃度數(shù)值，并出示有效的鍋爐廢氣評價報告。一次完整的鍋爐監(jiān)測能直接反映鍋爐廢氣的真實排放情況，為生態(tài)環(huán)境執(zhí)法提供有效依據(jù)。定期開展鍋爐監(jiān)測，能為生態(tài)環(huán)境部門積累大量數(shù)據(jù)參考，切實提高我國大氣環(huán)境管理工作的質(zhì)量，確保生態(tài)環(huán)境治理決策的有效性和科學性。

（三）鍋爐廢氣監(jiān)測的現(xiàn)狀和方法

跟發(fā)達國家環(huán)境監(jiān)測發(fā)展比，我國環(huán)境監(jiān)測起步晚，環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展落后。近些年，隨著我國科研技術(shù)更新迭代、制造技術(shù)迅猛發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測能力不斷進步，理論水平、監(jiān)測方法和監(jiān)測設備呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢。同時，鍋爐廢氣監(jiān)測的方法和業(yè)務水平也一直在進步，鍋爐廢氣污染物手工監(jiān)測的方法更多樣化，如國家標準中固定源廢氣氮氧化物的測定方法就有五種，見表1；鍋爐廢氣監(jiān)測的方法更科學化，之前大多采用瞬時監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)在要求持續(xù)采樣五分鐘以上平均數(shù)據(jù)作為評判依據(jù)，能更好反映鍋爐廢氣排放狀態(tài)。

表1 現(xiàn)有國標中鍋爐污染物手工監(jiān)測方法

（四）鍋爐廢氣低排放限值標準的情況

隨著生態(tài)環(huán)境的治理理念的轉(zhuǎn)變，目前各地根據(jù)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整情況、鍋爐使用及排放情況等因地制宜地制修訂鍋爐大氣污染物排放標準，已成為鞏固燃煤鍋爐淘汰改造成果、控制氮氧化物排放，破解大氣復合性污染問題，將行政手段上升到法律手段的重要舉措之一[6]。目前各地標準制定的政策基本理念是分類治理，針對不同燃料的鍋爐，有不同的排放限值。筆者列舉了燃氣鍋爐排放限值的標準情況見圖1。天然氣是一種清潔低碳能源，但燃氣鍋爐存在氮氧化物排放突出的問題。以氮氧化物排放限值為例，國家制定的《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271－2014)①排放限值在200mg/m3，各地標準中最嚴的排放限值降低到30mg/m3，相對寬松的地方標準也要求80mg/m3排放限值。氮氧化物排放限值從百位數(shù)降到十位數(shù)，只有原標準排放限值的15%-40%。另一方面，顆粒物和二氧化硫的排放濃度限值也出現(xiàn)不同程度趨嚴?？梢姼鞯厣鷳B(tài)環(huán)境部門對大氣污染物管控力度加大，如何做好低排放限值標準下的鍋爐廢氣監(jiān)測工作是值得探討的。

圖1 鍋爐大氣污染物排放限值國家和地方標準情況

二、鍋爐廢氣監(jiān)測的注意事項

（一）確保監(jiān)測環(huán)境的安全

鍋爐是特種設備，需要安全使用和監(jiān)測。因此，在監(jiān)測鍋爐廢氣時，首先是做好前期現(xiàn)場勘探工作，確保人員安全和監(jiān)測場地安全，制訂詳細的監(jiān)測方案。人員需接受相關機構(gòu)的培訓，考取對應的資格證書，熟練掌握相關儀器的使用。場地需按照《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJT 397-2007)要求，采樣平臺的面積應不少于1.5m2，應設1.1m高的護欄和不低于10cm的腳步擋板，且采樣平臺承重應不小于200㎏/m2，采樣孔距平臺面約為1.2m-1.3m②。制訂監(jiān)測方案需根據(jù)排污許可證上的污染物標識，確定監(jiān)測方法、采樣儀器和采樣頻次。

（二）廢氣中低濃度氮氧化物和二氧化硫監(jiān)測注意事項

1.定電位電解法分析儀的維護

當前，基層環(huán)境監(jiān)測站日常開展鍋爐監(jiān)測主要采用定電位電解法分析儀。筆者接觸過Kane、Testo和青島嶗應的產(chǎn)品，定電位電解法分析儀操作簡單，具有開機能測、響應時間快、穩(wěn)定性和重復性好等優(yōu)勢。定電位電解法也稱電化學法，主要利用兩個電極之間的化學電位差，一個在氣體中測量氣體濃度，另一個是固定的參比電極。在日常使用中，煙氣分析儀每個月開機運行，確保電化學傳感器的電極穩(wěn)定；并按照單位相關規(guī)章制度的規(guī)定，定期送國家授權(quán)的法定計量檢定機構(gòu)檢驗，只有取得證書后分析儀才能用于監(jiān)督監(jiān)測。需要注意，一般電化學傳感器只有2年的壽命，當氣體標定時出現(xiàn)偏差，應及時更換電化學傳感器。

2.定電位電解法分析儀的干擾處理

定電位電解法分析儀存在干擾組分過多的問題，例如顆粒物、氣態(tài)水和一氧化碳均產(chǎn)生干擾，影響結(jié)果出現(xiàn)偏差。采樣時，需要配置大功率加熱泵對采樣槍管進行加熱，降低或消除抽取廢氣中顆粒物和氣態(tài)水干擾；同時采樣全過程中，時刻注意一氧化碳的實時濃度變化，只有一氧化碳濃度在50μmol/mol以下時才能進行采樣。當一氧化碳濃度超過50μmol/mol 時，應開展一氧化碳干擾試驗確定一氧化碳濃度最高值時測得的二氧化硫數(shù)據(jù)，以及超過干擾試驗確定的二氧化硫濃度最高值和一氧化碳濃度最高值的數(shù)據(jù)，均應作為無效數(shù)據(jù)予以剔除③。

3.非分散紅外吸收分析儀的干擾處理

非分散紅外法是鍋爐廢氣監(jiān)測方法之一，與定電位電解法相比穩(wěn)定性更好，但非分散紅外分析儀存在預熱時間長和受外界溫度波動影響較大的缺點，日常工作使用頻次較低。環(huán)境溫度對非分散紅外分析儀的影響較大，為了保證檢測器的穩(wěn)定性，需要超過半小時的預熱時間。非分散紅外分析儀同時存在組分干擾的問題，煙氣中的氣態(tài)水和顆粒物是導致二氧化硫和氮氧化物測定誤差的主要干擾物，直接波及儀器的測量精確度。采樣時，需要配置大功率除濕冷卻裝置去除廢氣中的氣態(tài)水、過濾器除塵和廢氣降溫，這樣能降低或消除抽取廢氣中顆粒物和氣態(tài)水干擾的影響。

4.鍋爐廢氣測定前后的質(zhì)量控制

在測定低濃度氮氧化物和二氧化硫時，需要配置低濃度傳感器，確保有效量程在氣態(tài)污染物濃度范圍內(nèi)。光學儀器對震動非常敏感，如果標定并使用后有移動，那么其準確性和穩(wěn)定性也發(fā)生了變化[7]。因此為確保儀器示值正常、可溯源，在現(xiàn)場監(jiān)測前、后，必須用零氣和標準氣體標定(需要注意標準氣體濃度的單位與儀器顯示值的單位是否一致)標準氣體也要選擇合適的低濃度標氣，測定污染物濃度應在儀器校準量程20%-100%范圍內(nèi)。同時根據(jù)國家標準給出的性能要求，檢查分析儀的系統(tǒng)偏差和示值誤差，只有在符合標準規(guī)定下，監(jiān)測數(shù)據(jù)才是有效的。

5.鍋爐運行的時間控制

鍋爐的用氣需求有時段和季節(jié)的變化。在現(xiàn)場監(jiān)測時，鍋爐經(jīng)常因為沒有用氣需求出現(xiàn)休眠待機的狀態(tài)，尤其是在夏天測鍋爐難上加難。對此，監(jiān)測人員要跟鍋爐操作工溝通解決方案，確定鍋爐工況負荷持續(xù)穩(wěn)定的時間段。按照相關標準要求，一次有效的鍋爐監(jiān)測數(shù)據(jù)最少需要10分鐘的鍋爐運行時長。監(jiān)測人員要保持耐心，可以分階段進行采樣，分次采集三個時間段的氣態(tài)污染物數(shù)據(jù)。

6.確保煙道檢測孔氣密

鍋爐廢氣采樣時，煙道內(nèi)氧氣含量不僅是反應映鍋爐燃燒狀況的重要參數(shù)，也是計算氣體排放濃度的關鍵參數(shù)。氧含量直接參與數(shù)據(jù)的濃度折算，造成最終的污染物排放濃度結(jié)果失準。在現(xiàn)場監(jiān)測時，一般檢測孔的孔徑是圓型，只放采樣槍會出現(xiàn)管道煙氣溢出現(xiàn)象，同時新鮮的空氣通過檢測孔進入煙道，影響最終計算結(jié)果。因此，煙道檢測孔一定要用填充物封堵，確保煙道檢測孔密不透風。

（三）低濃度煙塵監(jiān)測的注意事項

1.監(jiān)測位置的選定

監(jiān)測位置與鍋爐廢氣監(jiān)測數(shù)據(jù)息息相關。在鍋爐廢氣監(jiān)測中，煙道里顆粒物的分布狀態(tài)是不均勻的，不規(guī)范的監(jiān)測位置會導致采集樣本與實際出現(xiàn)偏差，干擾監(jiān)測結(jié)果的準確性。所以鍋爐廢氣監(jiān)測的采樣位置選定時，采樣人員需選擇煙氣流速平緩的管段，確保采樣氣流的穩(wěn)定平緩，通常監(jiān)測位置在彎頭、變徑管下游方向不低于 6 倍管徑的位置，距離上述部位的上游不小于 3倍管徑的距離，避開在煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，這種監(jiān)測位置的設置方法多適用于圓形煙道，若煙道形狀為矩形，可按當量直徑：D=2AB/(A+B)公式確定其位置，A、B表示邊長[8]。

2.含濕量的測量

含濕量是鍋爐煙塵監(jiān)測中重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通常鍋爐排放管道內(nèi)的廢氣含濕量比較高，當鍋爐廢氣中溫度升高時，廢氣含濕量會降低。因此，在鍋爐工況穩(wěn)定的時候測煙氣含濕量比較準確。煙氣中含濕量的測定方法有重量法、冷凝法、干濕球法和阻容法等，目前使用最方便快捷的是阻容法測定含濕量。

3.控制合理的采樣流速

鍋爐煙塵低濃度顆粒物采樣是利用相同流速采樣原理抽取廢氣。因此，在采樣前，應預先測得煙道內(nèi)的廢氣流速，根據(jù)煙塵采樣儀提示，選擇合適的大小采樣嘴，這樣能控制采樣氣流速度與測點流速基本相等，確保兩者相對誤差小于10%。

4.避免濾膜出現(xiàn)負值

采集低排放濃度的樣品時，濾膜出現(xiàn)負值是鍋爐廢氣監(jiān)測中常見的問題之一，多數(shù)是濾膜處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)人為干擾因素：濾膜稱重應選用同一臺天平，在同一溫度和濕度下進行；攜帶濾膜要放入專門的防塵防光袋；濾膜采樣前、后，采樣人員設置、拿取和轉(zhuǎn)移采樣品時要戴一次性防靜電、無塵手套。

5.煙塵采樣的干擾處理

鍋爐廢氣監(jiān)測前，監(jiān)測人員應先清除煙道檢測口附近積聚的灰塵。監(jiān)測采樣時，確保采樣嘴的采樣位置避免接觸煙道管壁，采樣嘴沾污，會使測定結(jié)果增大偏離。鍋爐廢氣排放管道內(nèi)的煙氣濕度高、煙氣溫度低，采樣管同樣需要加熱裝置，若不采取全程加熱，一會導致濾膜邊緣破損嚴重，二會因為煙氣中水蒸氣凝結(jié)在采樣管內(nèi)壁，將附著在采樣管壁上的顆粒物沖刷到濾膜上，引起濾膜增重誤差[9]。根據(jù)《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法》(HJ 836—2017)標準，煙塵采樣時需同步采集全程序空白樣品，將空白采樣嘴背對氣流放置，無需連接煙塵采樣儀，采樣時常與樣品一致，任何低于全程序空白增重的樣品均無效④。

三、結(jié)語

文章根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗，總結(jié)歸納了低排放限值標準下鍋爐廢氣監(jiān)測的注意事項。顯而易見，鍋爐廢氣監(jiān)測是一項紛繁復雜的監(jiān)測任務，各項細節(jié)的疏失都會對低濃度污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏離。鍋爐廢氣監(jiān)測數(shù)據(jù)是提供環(huán)境執(zhí)法部門作為評判的重要依據(jù)，特別是低排放限值的標準出臺，監(jiān)測數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化和精確性更為重要。為保證鍋爐廢氣監(jiān)測工作有效開展和滿足生態(tài)環(huán)境部門管控要求，建議監(jiān)測人員了解和知曉鍋爐監(jiān)測全過程的注意事項，確保鍋爐廢氣監(jiān)測數(shù)據(jù)真實、有效、為環(huán)境執(zhí)法和生態(tài)管控決策提供依據(jù)。

注釋

①GB13271－2014鍋爐大氣污染物排放標準[S].

②HJ/T397－2007固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

③HJ57-2017固定源污染源廢氣二氧化硫的測定定電位電解法[S].

④HJ836－2017固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法[S].