锅炉大气污染物测试技术

锅炉大气污染物测试技术 杨 麟 上海工业锅炉研究所 电话一、锅炉大气污染物考核标准 GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准； GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准。 1、 GB13271-2014锅炉大气污染物排放标准 1）标准适用范围： 以燃煤、燃油和燃气为燃料的单台出力65t/h及 以下蒸汽锅炉、各种容量的热水锅炉及有机热载体 锅炉；各种容量的层燃炉、抛煤机炉。 使用型煤、水煤浆、煤矸石、石油焦、油页岩、 生物质成型燃料等的锅炉，参照本标准中燃煤锅炉 的排放控制要求执行。 2）大气污染物排放控制要求 在用锅炉排放限值 单位：mg/m3 污染物项目污染物项目 限值限值 污染物监污染物监 控位置控位置 煤煤 油油 气气 颗粒物颗粒物 80 60 30 烟囱或烟烟囱或烟 道道 二氧化硫二氧化硫 400 550(1) 300 100 氮氧化物氮氧化物 400 400 400 汞及其化合物汞及其化合物 0.05 烟气黑度烟气黑度 （林格曼黑度，级）（林格曼黑度，级） 1 烟囱排放烟囱排放 口口 注（注（1）位于广西、重庆、四川、贵州的燃煤锅炉执行）位于广西、重庆、四川、贵州的燃煤锅炉执行 该限值。该限值。 2）大气污染物排放控制要求 新建锅炉排放限值 单位：mg/m3 污染物项目污染物项目 限值限值 污染物监污染物监 控位置控位置 煤煤 油油 气气 颗粒物颗粒物 50 30 20 烟囱或烟烟囱或烟 道道 二氧化硫二氧化硫 300 200 50 氮氧化物氮氧化物 300 250 200 汞及其化合物汞及其化合物 0.05 烟气黑度烟气黑度 （林格曼黑度，级）（林格曼黑度，级） 1 烟囱排放烟囱排放 口口 2）大气污染物排放控制要求 有国务院环境保护主管部门或省级人民政府排放规定的重点 地区锅炉大气污染物排放限值 单位：mg/m3 污染物项目污染物项目 限值限值 污染物监污染物监 控位置控位置 煤煤 油油 气气 颗粒物颗粒物 30 30 20 烟囱或烟烟囱或烟 道道 二氧化硫二氧化硫 200 100 50 氮氧化物氮氧化物 200 200 150 汞及其化合物汞及其化合物 0.05 烟气黑度烟气黑度 （林格曼黑度，级）（林格曼黑度，级） 1 烟囱排放烟囱排放 口口 3）各污染物测试标准 序号序号 污染物项目污染物项目 方法标准名称方法标准名称 标准编号标准编号 1 颗粒物颗粒物 锅炉烟尘测试方法锅炉烟尘测试方法 GB5468 固定污染源排气中颗粒物与气态污染物采样方法固定污染源排气中颗粒物与气态污染物采样方法 GB/T16157 2 烟气黑度烟气黑度 固定污染源排放烟气黑度的规定固定污染源排放烟气黑度的规定 林格曼烟气黑度图法林格曼烟气黑度图法 HJ/T398 3 二氧化硫二氧化硫 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 碘量法碘量法 HJ/T56 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 定电位电解法定电位电解法 HJ/T57 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 非分散红外吸收非分散红外吸收 法法 HJ629 4 氮氧化物氮氧化物 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 紫外分光光度法紫外分光光度法 HJ/T42 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 盐酸奈乙二胺分盐酸奈乙二胺分 光光度法光光度法 HJ/T43 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 非分散红外吸收非分散红外吸收 法法 HJ692 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 定电位电解法定电位电解法 HJ693 5 汞及其化合汞及其化合 物物 固定污染源废气固定污染源废气 汞的测定汞的测定 冷原子吸收分光光度法冷原子吸收分光光度法 HJ543 4）大气污染物基准含氧量折算方法 基准含氧量 锅炉类型锅炉类型 基准含氧量（基准含氧量（O2)% 燃煤锅炉燃煤锅炉 9 燃油、燃气锅炉燃油、燃气锅炉 3.5 折算公式: 式中： 为大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3 为实测大气污染物排放浓度，mg/m3 （O2）为基准氧含量， （O2）为实测氧含量， )(O )(O 2 2 21 21 例题 某台燃油锅炉实测颗粒物排放浓度为12.54mg/m3， 实测二氧化硫浓度为121.21mg/m3，实测氮氧化物 浓度为132.25mg/m3，实测烟气含氧量为3.1，请 计算污染物的折算排放浓度。 答：C颗粒物=12.54（21-3.5）/（21-3.1）=12.26。 C二氧化硫=121.21（21-3.5）/（21-3.1）=118.50。 C氮氧化物=132.25（21-3.5）/（21-3.1）=129.29。 2、 GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准 1）标准适用范围： 使用单台出力在65t/h以上除层燃炉、抛煤机炉以 外的燃煤发电锅炉；各种容量的煤粉发电锅炉；单台 出力在65t/h以上采用煤矸石、生物质、油页岩、石油 焦等燃料的发电锅炉。整体煤气化联合循环发电的燃 气轮机组执行本标准中燃用天然气的燃气轮机组排放 限值。 不适用各种容量的以生活垃圾、危险废物为燃料 的火电厂。 2） 大气污染物排放控制要求 一般地区 序序 号号 燃料和热能燃料和热能 转化设施类型转化设施类型 污染物项目污染物项目 适用条件适用条件 限值限值 污染物监污染物监 控位置控位置 1 燃煤锅炉燃煤锅炉 烟尘烟尘 全部全部 30 烟囱或烟烟囱或烟 道道 二氧化硫二氧化硫 新建新建 100 200（ （1） 现有现有 200 400（ （1） 氮氧化物氮氧化物(NO2) 全部全部 100 200（ （2） 汞及其化合物汞及其化合物 全部全部 0.03 2 以油为燃料的以油为燃料的 锅炉或燃气轮锅炉或燃气轮 机组机组 烟尘烟尘 全部全部 30 二氧化硫二氧化硫 新建及燃气轮机组新建及燃气轮机组 100 现有及燃气机轮组现有及燃气机轮组 200 氮氧化物氮氧化物(NO2) 新建新建 100 现有现有 200 燃气机轮组燃气机轮组 120 一般地区 序序 号号 燃料和热能燃料和热能 转化设施类转化设施类 型型 污染物项目污染物项目 适用条件适用条件 限值限值 污染物污染物 监控位监控位 置置 3 以气为燃料以气为燃料 的锅炉或燃的锅炉或燃 气轮机组气轮机组 烟尘烟尘 天然气及燃气轮机组天然气及燃气轮机组 5 烟囱或烟囱或 烟道烟道 其他气体及燃气轮机其他气体及燃气轮机 组组 10 二氧化硫二氧化硫 天然气及燃气轮机组天然气及燃气轮机组 35 其他气体及燃气轮机其他气体及燃气轮机 组组 100 氮氧化物氮氧化物(NO2) 天然气天然气 100 其他气体其他气体 200 天然气燃气轮机组天然气燃气轮机组 50 其他气体燃气轮机组其他气体燃气轮机组 120 一般地区 序序 号号 燃料和热能燃料和热能 转化设施类转化设施类 型型 污染物项目污染物项目 适用条件适用条件 限值限值 污染物污染物 监控位监控位 置置 4 燃煤锅炉，燃煤锅炉， 以油、气体以油、气体 为燃料的锅为燃料的锅 炉或燃气轮炉或燃气轮 机组机组 烟气黑度（林烟气黑度（林 格曼黑度，级）格曼黑度，级） 全部全部 1 烟囱排烟囱排 放口放口 注（注（1）位于广西、重庆、四川、贵州的火力发电锅炉执行该限值。）位于广西、重庆、四川、贵州的火力发电锅炉执行该限值。 （2）采用）采用W型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有的循环流化床发电锅型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有的循环流化床发电锅 炉。以及炉。以及2003年年12月月31日前建成投产或通过建设项目环境影响报告审日前建成投产或通过建设项目环境影响报告审 批的火力批的火力 发电锅炉执行该限值。发电锅炉执行该限值。 有国务院环境保护主管部门或省级人民政府排放规定的重 点地区锅炉大气污染物排放限值。 单位：mg/m3 序序 号号 燃料和热能燃料和热能 转化设施类转化设施类 型型 污染物项目污染物项目 适用条件适用条件 限值限值 污染物污染物 监控位监控位 置置 1 燃煤锅炉燃煤锅炉 烟尘烟尘 全部全部 20 烟囱或烟囱或 烟道烟道 二氧化硫二氧化硫 新建新建 50 氮氧化物氮氧化物(NO2) 全部全部 100 汞及其化合物汞及其化合物 全部全部 0.03 2 以油为燃料以油为燃料 的锅炉或燃的锅炉或燃 气轮机组气轮机组 烟尘烟尘 全部全部 20 二氧化硫二氧化硫 全部全部 50 氮氧化物氮氧化物(NO2) 燃油锅炉燃油锅炉 100 燃气机轮组燃气机轮组 120 有国务院环境保护主管部门或省级人民政府排放 规定的 重点地区锅炉大气污染物排放限值。 单位：mg/m3 序序 号号 燃料和热能燃料和热能 转化设施类转化设施类 型型 污染物项目污染物项目 适用条件适用条件 限值限值 污染物污染物 监控位监控位 置置 3 以气为燃料以气为燃料 的锅炉或燃的锅炉或燃 气轮机组气轮机组 烟尘烟尘 全部全部 5 烟囱或烟囱或 烟道烟道 二氧化硫二氧化硫 全部全部 35 氮氧化物氮氧化物(NO2) 燃气锅炉燃气锅炉 100 燃气燃气轮机组燃气燃气轮机组 50 4 燃煤锅炉，燃煤锅炉， 以油、气体以油、气体 为燃料的锅为燃料的锅 炉或燃气轮炉或燃气轮 机组机组 烟气黑度（林烟气黑度（林 格曼黑度，级）格曼黑度，级） 全部全部 1 烟囱排烟囱排 放口放口 3）测试污染物的标准 序号序号 污染物项目污染物项目 方法标准名称方法标准名称 标准编号标准编号 1 颗粒物颗粒物 固定污染源排气中颗粒物与气态污染物采样方法固定污染源排气中颗粒物与气态污染物采样方法 GB/T16157 2 烟气黑度烟气黑度 固定污染源排放烟气黑度的规定固定污染源排放烟气黑度的规定 林格曼烟气黑度图法林格曼烟气黑度图法 HJ/T398 3 二氧化硫二氧化硫 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 碘量法碘量法 HJ/T56 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 定位电位电解法定位电位电解法 HJ/T57 固定污染源排气中二氧化硫的测定固定污染源排气中二氧化硫的测定 非分散红外吸收法非分散红外吸收法 HJ629 4 氮氧化物氮氧化物 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 紫外分光光度法紫外分光光度法 HJ/T42 固定污染源排气中氮氧化物的测定固定污染源排气中氮氧化物的测定 盐酸奈乙二胺分光盐酸奈乙二胺分光 光度法光度法 HJ/T43 5 汞及其化合汞及其化合 物物 固定污染源废气固定污染源废气 汞的测定汞的测定 冷原子吸收分光光度法冷原子吸收分光光度法 HJ543 4）大气污染物基准含氧量折算方法 基准含氧量 锅炉类型锅炉类型 基准含氧量（基准含氧量（O2)% 燃煤锅炉燃煤锅炉 6 燃油、燃气锅炉燃油、燃气锅炉 3 燃气轮机组燃气轮机组 15 折算公式: 式中： 为大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3 为实测大气污染物排放浓度，mg/m3 （O2）为基准氧含量， （O2）为实测氧含量， )(O )(O 2 2 21 21 二、测点的开设 1、采样位置 1）采样位置应尽量选择在垂直烟道段，并应避开烟 道弯头和断面急剧变化的部位。采样位置应设置在 距弯头、阀门、变径管下游方向不小于6倍直径，和 距上述部件上游方向不小于3倍直径处。对矩形烟道， 其当量直径D=2AB/(A+B)，式中A、B为边长。 2）采样位置不能满足上述要求时： 圆形烟道时，应增加与第一测量直径成90度夹角 的第二直径，总测点数量增加一倍。 矩形烟道时，按其断面尺寸划分的若干等面积小 矩形的面积应小于0.05m2。 3）对于气态污染物，由于混合较均匀，其采样位置 可不受上述规定限制，但应避开涡流区 2、测孔 1）测孔内径应不小于80mm，采样孔管长应不于 50mm。 2）当测孔仅用于采集气态污染物时，其内径应不小 于40mm。 3）对圆形烟道，测孔应设在包括各测点在内的直径 线上；对矩形或方形烟道测孔应设在包括各测点在 内的延长线上。 3、测点数量 1）圆形烟道 将管道断面划分为适当数量的等面积同心圆环， 各测点均应中心线上，环数和测点数按下表确定。 其中：a 对于直径小于0.3m，流速分布比较均匀、对称并符 合直管段要求的烟道，可取烟道中心作为测点。 b测点数原则上不超过20个。 烟道直径（烟道直径（m） 等面积数等面积数 测量直径数测量直径数 测点数测点数 0.3 1 0.30.6 12 12 28 0.61.0 23 12 412 1.02.0 34 12 616 2.04.0 4 5 12 820 4.0 5 12 1020 测点距烟道内壁距离（以烟道直径D计） 测点数测点数 环环 数数 1 2 3 4 5 1 0.146 0.067 0.044 0.033 0.022 2 0.854 0.250 0.146 0.105 0.082 3 0.750 0.294 0.195 0.146 4 0.933 0.706 0.321 0.227 5 0.854 0.679 0.344 6 0.956 0.805 0.656 7 0.895 0.773 8 0.967 0.854 9 0.918 10 0.978 2）矩形或方形烟道 将烟道断面分成适当数量等面积的小块，各小块 的中心即为测点，小块数量按下表选取，原则上测 点不超过20个。 烟道断面积（烟道断面积（m2） 等面积小块边长度等面积小块边长度 （m） 测点总数测点总数 0.1 0.32 1 0.10.5 0.35 14 0.51.0 0.50 46 1.04.0 0.67 69 4.09.0 0.75 916 9.0 1.0 20 三、颗粒物（烟尘）测试 1、颗粒物测试是采用等速过滤采样计重法 1）采样嘴直径不得小于5（4）mm。采样嘴入口角 度应不大于45度。入口边缘厚度应不大于0.2mm。 2）每个测断量面采样次数不得少于3次。 3）每个测点连续采样时间不得少于3min，但每台锅 炉测定时所采集样品的总采气量不得少于1m3。 4）取3次采样的算术平均值作为管道的颗粒物平均 值。 2、颗粒物浓度计算公式 C=G/Vnd106 G=g2-g1 式中：C 为烟气中颗粒物浓度，mg/m3 (干 )； G 为采样所得的颗粒物重量，g； Vnd为标态(干 )采样烟气总体积，L； g2 为滤筒终重，g； g1 为滤筒初重，g。 3、测量项目 1）烟道截面积 仪表：卷尺； 2）大气压力 仪表：气压表； 3）烟气温度 仪表：热电偶温度计； 4）烟气静压、动压（烟气流速） 毕托管与差压计或烟尘采样仪； 5）烟气湿度 仪表：干湿球温度计或带湿度计的烟尘采样仪； 6）烟气成份（烟气含氧量） 仪表：烟气分析仪； 7）颗粒物采样 仪表：动平衡烟尘采样仪，含：采样枪、毕托管、干燥剂、 采样嘴等。 4、颗粒物采样步骤 1）确定采样位置； 2）测量采样位置地点的大气压力； 3）测量烟道截面积； 4）计算确定测点数及距离； 5）在毕托管（采样枪）上标识各测点的距离； 6）测量烟气温度； 7）测量烟气湿度； 8）测量烟气成份； 9）预测烟气流速，根据流速，计算选择采样嘴； 10）设定测点的采样时间； 11）安装采样嘴和滤筒（已称重并有编号）； 12）把采样枪（毕托管）插入烟道，逐点进行采样； 13）采样完毕取出采样枪； 14）拿出滤筒，封好滤筒口，放入盒中。 5、动平衡烟尘采样仪的工作原理： 根据烟尘采样必须是等速采样的原则，即采样 气体流经采样嘴的流速与烟气流速相等。为了保证 整个采样过程中都是等速采样，需在采样枪旁安装 一支比托管，用来时刻跟踪烟气的动压。动平衡烟 尘测试仪的微处理器测控系统根据各种传感器检测 到的静压、动压、温度及含湿量等参数，计算出烟 气流速、等速跟踪流量，控制电路调整抽气泵的抽 气能力，使实际流量与计算的采样流量相等，达到 自动修正采样烟气的流速目的，从而保证在整个采 样过程中是等速采样。同时微处理器用检测到的流 量计前温度和压力自动将实际采样体积换算为标况 采集体积。 6、动平衡烟尘采样仪使用： 将烟尘采样枪由烟道采样孔中置入烟 道中，将采样嘴置于测点上，正对气流 方向。按等速采样要求抽取一定量的含 尘烟气，根据滤筒捕集的烟尘重量以及 抽取的气体体积，计算颗粒物的排放浓 度及排放总量。 7、采样过程中注意事项 1）在采样枪上标识测点位置时应加上测孔管束长度； 2）每次采样仪测量烟气压力时，应进行零位自校； 3）每次采样开始前应对采样系统密封检查； 4）采样枪插入烟道时应用耐高温软布或石棉丝对测 孔进行密封； 5）每个测点的采样时间应相同； 6）采样枪的采样嘴应对正烟气的流动方向； 7）采样完毕后，取出采样枪时应把采样头（安装滤 筒）高举，防止颗粒物倒漏出来； 8）取滤筒时应用镊子把滤筒取出，此时应防止颗粒 物倒出及灰尘落入滤筒中； 9）在整个采样过程中应注意高温，防止烫伤。 8、锅炉颗粒物浓度在不同负荷下折算 1）新设计和安装的锅炉应在额定出力下进行颗粒物 浓度测试。 2）在用锅炉颗粒物浓度测试应在锅炉70%以上负荷 下进行。 3）不同负荷和运行时间的折算系数： 锅炉实测出力锅炉实测出力 为额定出力百为额定出力百 分数分数 % 70 75 75 80 80 85 85 90 90 95 95 运行三年内折运行三年内折 算系数算系数 k 1.6 1.4 1.2 1.1 1.05 1 运行三年以上运行三年以上 折算系数折算系数 k 1.3 1.2 1.1 1 1 1 四、二氧化硫和氮氧化物测试 1、测试仪表 一般用定电位电解法，即传感器式的烟气分析仪。 2、测试方法 与我们能效测试烟气成份基本相同，一般烟道断 面积较小的可测量二至三点；如断面积较大应采 用网格法进行测量，也可用烟气集气器进行采样 测量。 3、ppm与mg/m3换算方法 1）二氧化硫换算系数为2.86； 2）氮氧化物换算系数为2.05。 4、测试时注意事项 1）测试时烟气不能有泄漏； 2）测试二氧化硫采样枪宜使用加热采样枪。 3）测试时应注意高温，防止烫伤。 4）分析仪的测量示值为干态。 五、汞及其化合物测试 1、测