废气和环境空气监测技术(讲义)

废气和环境空气监测技术
（讲义）
第一章废气监测
一、监测目的
1、检查污染源排放是否达标。

2、评价净化装置的性能和使用情况，以及污染防治措施的效益。

3、为空气质量管理与评价提供依据。

二、监测内容：
1、有害物质排放浓度（mg/m3（标））。

2、有害物质排放量（kg/h）。

3、废气排放量（m3/h）。

对于除尘器还应监测：
1、除尘效率（脱硫效率）
2、系统阻力
3、漏风系统
评价标准：
一般采用污染物排放浓度作为衡量标准。

对于烟尘、粉尘、二氧化硫一般还规定了年排放总量指标。

另外，水泥厂等还规定了吨产品排放量指标要求。

一般污染物采用任意一小时均值做为衡量标准。

三、工况要求：
3.1、测试锅炉的，必须在锅炉设计出力70％以上的情况下进行，并按锅炉运行三年内和锅炉运行三年以上两种情况，将不同出力下实测的烟尘排放浓度乘以出力影响系统K，作为该锅炉额定出力情况下的烟尘排放浓度，对于手烧炉应在不低于两个加煤周期的时间内测定。

3.2、对于其他工业炉窑或电站锅炉，依据相关要求的负荷下测试，一般要求在75％以上负荷，对于水泥厂监测要求负荷大于80％。

四、监测方法：
1、监测点位：为获得有代表性的样品，监测点位放在烟囱或管道气流平稳段，优先选择垂直管道，距弯头、阀门、变径下游大于6倍直径处，或上游3倍处，最小应不小于1.5倍。

采样的断面气流流速最好在5米/秒以上。

1.1、圆形断面：取同一断面而彼此垂直的两个采样孔。

将管道断面划分为适当数量的等面积同心圆环，各测点均在环的等面积中心线上，所分的等面积圆环数由管道直径大小而定。

当管道直径小于30厘米时，只取管道中心一个点。

1.2、矩形断面：按断面尺寸分成若干等面积小矩形块，测点位于等面积小矩形块中心。

原则上，测试点位总数控制在20个以内。

2、工况测试：
对于大型企业，一般都有工业负荷曲线，测试时应有专人负责关注，在达到测试负荷要求时进行测试。

对于锅炉负荷的测定：锅炉负荷的测定应采用流量孔板法、水表法或水箱法。

当所测锅炉不具备上述设备时，方可采用耗煤量法。

3、测试前的准备：
3.1、仪器：
a 、使用前要检查好仪器是否正常，检测气密性，方法是：将仪器接好，接电，打开气泵，将接近采样端的胶管堵住，流量计前负压达到6.7Kpa ，再堵住流量计后胶管，关机，负压值在1分钟内下降不过0.15Kpa ，则表示系统不漏气，气密性合格。

b 、进行烟尘测试仪流量检查：将测试仪与标准流量计串联，开泵，观察读数是否一致，不一致的话，要调整。

C 、检查监测用的线、管是否齐全。

3.2、滤筒准备。

目前使用的滤筒分为玻璃纤维滤筒和刚玉滤筒两种。

用铅笔将滤筒编号，在105～110℃烘1小时，冷却40分钟，用万分之一天平称重，当烟道烟温高于300℃时，滤筒应在400℃高温炉中烘1小时，以减少滤筒本身失重。

反复以上步骤，至恒重（±0.5mg ）。

称好滤筒放入特制采样箱中，待用。

3.3、标气校准：
对于采用定电位电解法测烟气中x NO CO SO O 、、、22等气体时，使用前一定要进行标气校准，达标后方可使用，一般一或三个月校一次，为保证质量，尽可能每次使用前校一次。

4、采样步骤
A 、首先依据管道大小确定采样点数，在采样枪上标记好。

B 、测大气压、烟温、含湿量、静压、全压。

C 、选择合适采样咀。

D 、装好滤筒。

E 、将采样枪放入烟道第一个测点，背对气流。

F 、开泵采样，同时将采样咀正对气流，与气流方向平行，偏差不大于5度，等速采样。

G 、每个点位原则上采样时间不少于3分钟，采完一个点位后，快速移至下一点位，直至测完全部点位。

H 、采完最后一个点后，将枪后的胶管迅速堵住，同时停机，并将采样咀背对气流，尽快抽出采样枪。

I 、更换滤筒，注意要有防烫措施，用镊子夹出滤筒，放入采样箱，注意不要将滤筒中的尘漏出，带回实验室称重。

J 、每次至少采三个样，取平均得出烟尘浓度。

K 、对于手工采样的，一定要再测一次流速，如与测试前相差大于20％的，应重测，对于电脑采样仪，应及时比对每次的流量，如发现相差大于20％的，也应重测。

L 、测试22SO O 、等气体浓度，将采样头尽可能靠近烟道中心位置，待仪器读数稳定3分钟后记下数值，也要反复测三遍，取平均值。

M 、测试22SO O 、等气体时，尽可能与烟尘测试同步，可得出排放量。

N 、回实验室后，将滤筒接采样前的方法称重至恒重。

五、有关参数测定：
定义：
标准状态下干烟气：指在温度在273K ，压力为101300Pa 条件下不含水分的排气。

1、温度
温度的测定，在一般情况下可只测定中心点温度。

测温仪器可采用玻璃温度计或热电偶温度计。

2、湿度
烟气湿度的测定采用干湿球法或冷凝法。

干湿球法所用仪器为干湿球温度测量装置。

烟气含湿量的体积百分比按式（1）计算：
()()[]Ps
Ba Pb Ba t t C V Pb X b a sw ++⨯-⨯-⨯⨯％＝100 式中：a t －干球温度，℃；
b t －湿球温度，℃；
Pb －通过温球表面时的烟气表压力，Pa ；
Ps －测定点处烟气静压，Pa ；
C －系数，当流过湿球表面的气流速度大于2.5m/s 时，等于0.0006；
Ba －大气压力，Pa 。

3、压力
3.1、皮托管配U 型压力计或倾斜式压力计测定。

3.2、压力分为全压、动压、静压。

全压＝动压+静压，全压反映了管道中气体的总能量。

管道中流动的气体同时受两种压力作用，动压和静压。

动压是指单位体积气体所具有的动能，永远为正值。

静压是指单位体积气体所具有的势能，当管道内气体压力大于大气压时，静压为正，反
之，为负。

往往，风机前静压为负、动压为正，全压可能为正，也可能为负，大多为负；风机后，动压正，静压正，全压为正。

但有时，对于烟温较高，而且烟囱高时，由于热力拔升作用，可能会出现风机后负压的情况。

3.3、皮托管：
a 、标准皮托管：校正系数为1，前端准气流方向测全压，侧壁孔测静压。

b 、S 型皮托管校正系数不为1，对准气流方向的为全压。

4、气体流速
原理：流速的测定是与烟尘采样同步进行的，由于气体流速与动压平方根成正比，因此根据动压计算气体流速。

烟气流速按下式计算：
s
di p r P K V 414.1si ＝ （10） 式中：si V －测定点流速，m/s ；
p K －皮托管修正系数；
s r －管道内湿气密度，kg/m 3湿烟气；
di P －测定点烟气动压，Pa 。

4.1、锅炉烟气密度的计算
测试工况下湿烟气密度s r 按下式计算：
101325
273273Ps Ba t r r s N s +⨯+⨯= （9） 式中：N r －标准状态下湿烟气密度，kg/Nm 3烟气，一般情况下N 可取用1.34 kg/Nm 3湿烟气；
s t －测量断面内烟气平均温度，℃；
Ps －测量断面内烟气静压，Pa ；
Ba －大气压力，Pa 。

注：锅炉烟气流速一般采用上述公式。

4.2、平均流速计算：
当干排气成分与空气相近，排气露点温度为35～55℃之间，排气绝对压力在97～103Kpa 之间时，某一断面的平均气流速度按下式计算：
n P Kp V n i di
s ∑==129.1
5、烟气流量
5.1 在测定工况下烟气流量按式（11）计算：
Vs F Q ⨯⨯3600＝
式中：Q －测定工况下的烟气流量，m 3湿烟气/h ；
F －测定断面面积，m 2；
Vs －测定断面烟气平均流速，m/s ；
5.2 标准状态下湿烟气流量按式（13）计算：
273273
101325s a 3600+⨯+⨯⨯⨯s
S N t P B V F Q ＝
（13） 式中：N Q －标准状态下湿烟气的流量，Nm 3湿烟气/h ；
s P －测定断面烟气静压，Pa ；
s t －测定断面烟气的平均温度，℃。

5.3 标准状态下干烟气流量按下式计算：
()Xsw QN N Q -1/＝
式中：N Q /－标准状态下干烟气的流量，Nm 3干烟气/h 。

6、除尘器阻力计算：
Pc Pj P -∆＝
式中：P ∆－除尘器阻力，Pa ；
Pj －除尘器进口平均全压，Pa ；
Pc －除尘器出口平均全压，Pa 。

7、过量空气系数计算
在采集尘样的过程中，分别在采样前、采样中、采样后先后取三个气样。

过量空气系数s α按式（16）或式（17）计算：
2
2121
O s -=α
（16） ()
222
100792121
O RO O s +--=α
（17）
式中：2O 、2RO －测定烟气中的氧气和三原子气体的百分量。

8、烟尘排放浓度和排放量的计算
8.1 烟尘排放浓度
烟尘排放浓度按下式计算：
610⨯nd
s V G C ＝ 12g g G -=
式中：s C －实测烟尘浓度，mg/Nm 3干烟气；
G －采样所得的烟尘量，g ；
2g －滤筒初重，g ；
1g －滤筒终重，g ；
nd V －标态采气总体积，N1干烟气。

a
a C C s s ＝ 式中：C －折算合理过量空气系数的烟尘排放浓度，mg/Nm 3干烟气；
s C －实测烟尘排放浓度，mg/Nm 3干烟气；
s a －在排放点实测的过量空气系数。

一般锅炉出口要求将浓度转化为过量空气系数为1.8时的浓度，电厂锅炉一般是转化为过量空气系数为1.4时的浓度。

8.2 标态采样体积
101325
273Pm Ba tm V V m nd +⨯= 式中：m V －采样体积，流量计读数，升；
tm －流量计前湿度，℃；
Pm －流量计前压力，Pa 。

8.3 烟尘排放量
610/-⨯⨯N Q C G s ＝
式中：G －烟尘排放量，kg/h ；
s C －实测烟尘排放浓度，mg/Nm 3干烟气；
N Q /－标准状态下干烟气流量，Nm 3干烟气/h 。

9、除尘器平均效率计算
除尘器平均效率按式（21）或（22）计算：
()100106⨯+⋅⋅-G
Q C G C c ＝％η （21） ()100⨯⋅⋅-⋅j j c
c j j Q C Q C Q C ＝％η （22）
式中：j C －除尘器进口烟尘浓度，mg/Nm 3干烟气；
c C －除尘器出口烟尘浓度，mg/Nm 3干烟气；
j Q －除尘器进口烟气量，Nm 3干烟气/h ；
c Q －除尘器出口烟气量，Nm 3干烟气/h ；
G －除尘器收尘量，kg/h 。

两级除尘器串联时，除尘效率按式（23）计算：
2121ηηηηη-+＝
10、漏风系数：
j j
C Q Q Q -％＝100η
式中：j Q －除尘器进口烟气量，Nm 3干烟气/h ；
C Q －除尘器出口烟气量，Nm 3干烟气/h ；
11、二氧化硫等其它气态污染物排放浓度
使用定电位电解法的仪器，可直接读取污染物浓度的PPm 值。

折算成mg/m 3的方法为：
4.22M C C p ⨯＝
式中：C －污染物浓度，mg/m 3； p C －污染物读数，PPm ；
M －污染物分子量。

12、二氧化硫等其它气态污染物排放量、脱硫效率等参数计算方法与烟尘相同。

六、烟尘采样方法
1、原理：在选定的采样点上，通过采样管从烟道中按等速采样原则抽取一定量含尘烟气，经捕集装置将尘粒收集下来，根据收集的尘量和采样体积，计算出烟气中的尘浓度。

获得准确的结果，必须采用等速采样，当采样速度大于实际气流速度时，结果偏低；反之，偏高。

2、几种常见的采样方法
2.1、预测流速法
原理：采样前，先测出各点的排气温度、含湿量、压力和气体流速，结合所选用的采样咀，计算出各点的采样流量，在各点上按该流量采样。

适用范围：适用于工况比较稳定的污染源采样，尤其是烟气流速低、高湿、高粉尘浓度的情况下。

但对于气流不稳定，温度变化大的情况，不适用。

2.2、皮托管平行测速采样法
原理：与预测流速法基本相同，不同之处在于，将采样管、S 型皮托管、热电偶温度计测头同时放入一个测点，由事先编程的计算器或电脑随时计算变化了的采样流量进行等速采
样。

适用范围：解决了预测流速法的不足，当工况发生变化时，可根据当时测得的参照值，及时调整采样流量，保证采样全过程的等速采样。

目前，市场上常见的全自动烟尘测试仪，大多是依据此方法的，是目前较科学的一种测试仪。

2.3、动压平衡型等速采样法
原理：利用采样枪中的孔板在采样抽气时产生的压差和与S型皮托管测得的动压相等来实现等速采样。

特点：通过压力指示，可及时调节采样流量，保证等速采样。

2.4、静压平衡型等速采样法
原理：利用在采样管人口配置专门的采样咀，咀内外壁上分别开有测量静压的条缝，调节采样流量使咀内、外条缝处静压相等，达到等速采样。

特点：操作简单、方便，但当含尘浓度高情况下，孔口易堵。

流速、流量需另外测。

3、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物测试方法
二氧化硫目前一般被认为是造成酸雨的重要因素，氮氧化物是造成光化学烟雾的重要因素。

3.1、点位：由于气态污染物在采样断面内，一般是混合均匀的，可取靠烟道中心一作为采样点。

3.2、采样：不必采用等速采样。

3.3、化学采样法
应注意：
1、气密性检查一定要进行、防止漏气。

2、采样管道要有加热保温装置，防止凝结。

3、及时清洗采样管路及吸收瓶。

4、及时更换采样头处的滤料。

5、采样开始时要反复置换采样管路的空气。

6、采样完毕后，要及时堵住采样管路及吸收瓶管路，防止倒吸和漏进空气。

3.4、奥式气体分析仪
原理：利用吸收液吸收烟气中的某一成分，根据吸收前后烟气体积的变化，计算该成分在烟气中所占体积百分数。

用于测定烟气中时，分析顺序是CO2、O2、CO。

3.5、定电位电解法：
原理：利用电化学传感器，以一定的流量将烟气抽入仪器内，稳定后直接读数。

常见仪器：
国外：德尔格MSI-150系列。

英国凯恩KM900系列。

国内：武汉天虹、表岛崂山、河北先河。

使用方法：
1、首先连接好管线。

2、开机后，进入自检状态。

3、自检结束稳定后，进入测试状态。

4、插入烟道，一般可测压力、温度、O2、SO2，有的还能测CO、NOx等。

5、至少稳定3分钟后读数。

6、反复测三次，取平均值为实测结果。

7、测试过程尽可能与烟尘同步，可得到烟气量，计算出污染物排放量。

还可通过O2含量的实测值，来粗判锅炉负荷。

8、测试完成以后，读数降到“0”以后再关机。

注意：1、开机前一定要先接好所有管线。

2、使用前一定要用标气校一下，校准一般一至三个月一次。

3、定期检查采样流量是否跟说明书一致。

4、烟气黑度
烟气黑度指林格曼黑度。

共分0～5级。

一般采用黑度望远镜测量方法较普遍。

目前，大多数的环境标准均要求林格曼黑度小于1级。

第二章环境空气监测
一、监测项目：
区域环境必测项目：二氧化硫、氮氧化物，总悬浮颗粒物（TSP）、硫氧化物（硫酸盐化速率），灰尘自然沉降量。

工业无组织排放项目应针对污染物种类而定。

空气质量日报测试项目：二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物（PM10）。

空气污染物状态分为气态、蒸汽态、气溶胶三种，按化学性质又分为氧化型（氮氧化物和碳氢化合物）、还原型及混合型。

其中，对人体危害较大的是气溶胶，主要与其粒径大小和化学成分有关。

二、监测点位的设置原则
1、工业炉窑大气无组织排放监测点位设置：
点位设置于工业炉窑所在厂房门窗排放口处，并选浓度最大值。

若工业炉窑露天设置（或
无顶无围墙），监测点位应选在距放射源5米，最低高度1.5米处，并选浓度最大值。

2、炼焦炉大气无组织排放监测点位设置：
设置于焦炉顶煤塔侧第一至第四孔碳化室上升管旁。

3、水泥厂大气无组织排放监控点位设置：
要求在厂界外20米处（无明显厂界，以车间外20米处）上风向与下风向同时布点采样，上风向值为参考值。

4、其余布点原则：
4.1、二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物（TSP）、氟化物监控点设于排放源下风向2～50米。

其余物质监控点可设在单位周围10米以内浓度最高值处。

监控点最多可设4个，参照点只设1个。

4.2、采样频次：实行连续1小时采样，或1小时内以等时间间隙采4个样品计平均值，为捕捉最高浓度时段，实际采样时间可超过1小时。

4.3、无组织排放监测中所测得的监测点浓度值将不扣除低矮排气筒所作的贡献。

4.4、对于区域环境监测的布点原则为：点位有较好的代表性，能反映一定范围地区的大气环境污染水平和规律；而且各测点所取得的数据要有可比性；特殊点位应能达到特殊性要求。

三、区域环境监测点设置的具体要求：
1、一经设置不宜轻易变动，以保证数据的连续性和可比性。

2、点位周围应开阔，采样口水平线与周围建筑物高度夹角不能大于30度。

测点周围无局污染源并避开树木及吸收能力强的建筑物。

交通稠密区点位应距人行道边缘1.5米以上远。

采样口周围（水平面）应有270度以上的自由空间。

3、各点位之间，设置条件尽可能一致化或标准化，使数据有可比性。

4、采样高度：二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物（TSP）、硫氧化物（硫酸盐化速率）采样高度为3～15米，以5～10米为宜；灰尘自然沉降量采样高度为5～15米，以8～12
米为宜。

总悬浮颗粒物（TSP）、硫氧化物（硫酸盐化速率）、灰尘自然沉降量采样口就与基础面有1.5米以上的高度，以减少扬尘的影响，特殊地形可视情况选择高度。

四、采样及分析方法
空气中气态污染物采样器一般以转子流量计计量。

流量计的读数受压力和温度的影响，常以皂膜流量计校准流量刻度。

24h自动连续采样装置必须具备温度计和真空压力表装置，以便计算标准状态下（0℃，101.3Kpa）的采样体积。

常用的大气采样收集装置有：注射器取样、塑料袋吸收取样、填充小柱取样、低温冷凝取样、固定容器取样、滤料取样等。

其中属直接取样的有：注射器取样、塑料袋取样、固定容器取样；属浓缩取样的有：溶液吸收取样、填充小柱取样、低温冷凝取样、滤料取样。

1、TSP采样分析：
1.1、原理：以恒速抽定量体积的空气，空气中粒径小于100μm的悬浮颗粒物，被截留在已恒重的滤膜上。

根据采样前、后滤膜重量之差及采样体积，计算总悬浮颗粒物的浓度。