废气监测技术ppt课件

大气污染源监测技术 山东省环境监测中心站2017年5月 一 概述二 监测前的准备三 采样位置及采样点四 排气参数的测定五 颗粒物采样六 气态污染物采样七 采样频次和采样时间八 分析方法选择九 质量保证和质量控制措施 概述 对人类有影响的 距地面10km 地球半径 大气厚度 氮78 08 氧20 95 氩0 93 其他气体 0 06 其它物质 二氧化硫 氮氧化物 一氧化碳 碳氢化合物等 清洁空气的成分 大气污染 当大气中污染物质的浓度达到有害程度 以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件 对人或物造成危害的现象 大气污染带来的危害 1 对人的危害 产生急性和慢性中毒 2 动植物的危害 影响繁殖 生长或造成死亡 3 对材料的损坏 腐蚀材料和设备 腐蚀建筑物 使橡胶制品脆裂 损坏艺术品 使有色材料退色等 4 对大气的影响 污染物能改变大气的性质和气候条件 产生温室效应 造成臭氧层空洞 酸雨等问题 迄今为止 世界上发生的11次重大污染事件中 有7件属于强烈的大气污染造成的 因而大气污染尤为人们所关注 大气污染来源1 自然污染源 火山爆发 森林火灾等 2 人为污染源 工业 燃烧 工艺 无组织排放等废气等 农业 施农药 化肥 秸秆焚烧等 交通 汽车 火车 轮船等尾气 室内污染 油漆 胶合板 涂料等含甲醛 挥发有机物 氨 放射性等污染物 焚烧秸秆 交通运输 工业企业 大气污染物种类 已发现有危害而被人注意的就有一百多种 其中大部分是有机物 环境科学中用下列两种方法进行分类 一次污染物 直接从污染源排放到空气中的有害物质 如二氧化硫 氮氧化物 一氧化碳 苯乙烯 颗粒性物质等 1 根据污染物形成过程分类 二次污染物是一次污染物在空气中相互作用或它们与大气中的正常组分发生反应所产生的新污染 二次污染物的化学 物理性质与一次污染物完全不同 多为气溶胶 毒性比一般比一次污染物更大 常见的二次污染物有 硫酸盐 硝酸盐 臭氧 醛类 乙醛和丙烯醛等 过氧乙酰硝酸酯等 2 根据污染物存在状态分类 分为颗粒态污染物和气态污染物 a 气态污染物 常温常压下以气体分子形式存在于大气中 如 SO2 NO2 CO HCL等 这种污染物的特点是运动速度快 扩散快 在空气中分散均匀 b 颗粒态污染物 是悬浮在大气中的液体或固体颗粒状物质 粒径多在0 01 100um之间 环境空气 颗粒态污染物 根据其沉降特性又分为 1 降尘 直径 10um的颗粒物 能较快的沉到地面 2 飘尘 PM10 直径 10um的颗粒物 能长时间的漂浮在空气中 故称为可吸入颗粒物或飘尘 具有胶体性质 又名气溶胶 如雾 烟 灰尘 可随空气吸入呼吸道或肺部 进入血液输入全身 对人体危害较大 是环境空气污染监测的常规项目 废气 指人类在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体 废气污染源 大气污染源 指排放大气污染物的设施或建筑构造 如车间等 大气污染源 固定污染源 移动污染源 有组织排放源 无组织排放源 监测目的 检查污染源排放废气中的有害物质是否符合排放标准的要求 评价净化装置的性能和运行情况及污染防治措施的效果 计算出有毒有害物质的排放总量 为大气质量管理评价提供依据 监测主要内容 排放的颗粒态污染物和气态污染物的浓度 mg m3 以及含有这部分有害物质的废气的排放量 m3 h 进而计算出有害物质的排放量 kg h 监测结果表述 废气中有害物质的浓度 mg m3 是指除去水蒸气后标准状态下的干烟气为基准表示烟气的测定结果 即温度为273K 压力为101325Pa条件下不含水分的排气浓度 同时 对于一些由于燃料燃烧产生的有害物质 为了防止通入过量新鲜空气稀释污染物浓度 还需将干烟气进行过量空气系数换算 换算后的结果与排放标准中的浓度值相比较 监测前准备工作 制定监测方案 内容包括污染源概况 监测目的 评价标准 监测内容 监测项目 采样位置 采样频次及采样时间 采样方法和分析测定技术 监测报告要求 质量保证措施等 监测条件的准备仪器设备检定和校准 准备器材 试剂 记录表格 开设采样孔 设置采样平台 设置监测工作电源 被测设备运行正常 工况符合要求 对污染源的工况要求监测现场应有专人监督污染源工况 相关标准中对监测时工况有规定的 按相关标准的规定执行 对污染源的日常监督性监测 采样期间的工况应与平时的正常运行工况相同 采样位置及采样点 布点原则点位的代表性 选择有代表性的采样点 点位的可接近性 选择易于到达的采样位置 点位的可操作性 选择能实施采样的地点 点位的安全性 选择安全可靠的采样位置 与有关标准布点要求的符合性 在许可的条件下 尽量与标准的要求一致 当不一致以及监测点位又无法更改时 应考虑增加测点数 1采样位置采样位置应避开对测试人员操作有危险的场所 必要时应设置采样平台 情况现场的防护性 平台 护拦 折返梯 直梯 现场烟道的腐蚀和振动情况 产生静电 干扰监测仪器 烟气静压变化 正 负 现场污染气体的气味 烟道的泄漏情况 采取防护措施 采样位置应优先选择在垂直管段 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 规范的监测点位位置 监测点位 规范的监测点位位置 监测点位 不规范的监测点位位置 监测孔 不规范的监测点位位置 监测孔 监测孔 不规范的监测点位位置 监测孔 监测孔 不规范的监测点位位置 监测孔 监测孔 测试现场空间位置有限 很难满足上述要求时 可选择比较适宜的管段采样 但采样断面与弯头等的距离至少是烟道直径的1 5倍 并应适当增加测点的数量和采样频次 采样断面的气流速度最好在5m s以上 监测点位与弯头的距离至少是烟道直径的1 5倍 对于气态污染物 由于混合比较均匀 其采样位置可不受上述规定限制 但应避开涡流区 如果同时测定排气流量 采样位置仍按上述规定选取 2采样孔和采样点2 1采样孔在选定的测定位置上开设采样孔 采样孔的内径应不小于80mm 采样孔管长应不大于50mm 不使用时应用盖板 管堵或管帽封闭 当采样孔仅用于采集气态污染物时 其内径应不小于40mm 对圆形烟道 采样孔应设在包括各测点在内的互相垂直的直径线上 对矩形或方形烟道 采样孔应设在包括各测点在内的延长线上 规范的测孔 监测孔 监测孔 2 2采样点位置和数目圆形烟道将烟道分成适当数量的等面积同心环 各测点选在各环等面积中心线与呈垂直相交的两条直径线的交点上 其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内 对直径小于0 3m 流速分布比较均匀 对称 并符合上述要求的小烟道 可取烟道中心作为测点 圆形烟道弯头后的测点 圆形烟道分环及测点数的确定 测点距烟道内壁距离 以烟道直径D计 采样点距烟道内壁近距离 矩形和方形烟道将烟道断面分成适当数量的等面积小块 各小块中心即为测点 原则上测点不超过20个 烟道断面面积小于0 1m2 流速分布比较均匀 对称的 可取断面中心作为测点 矩 方 形烟道的分块和测点数 排气参数的测定 1排气温度的测定1 1测量位置和测点一般情况下可在靠近烟道中心的一点测定 1 2仪器水银玻璃温度计 热电偶或电阻温度计 1 3测定步骤将温度测量单元插入烟道中测点处 封闭测孔 待温度计读数稳定后读数 2排气中水分含量的测定2 1测量位置和测点一般情况下可在靠近烟道中心的一点测定 2 2干湿球法原理 使气体在一定的速度下流经干 湿球温度计 根据干 湿球温度计的读数和测点处排气的压力 计算出排气的水分含量 测定步骤 检查湿球温度计的湿球表面纱布是否包好 然后将水注入盛水容器中 打开采样孔 清除孔中的积灰 将采样管插入烟道中心位置 封闭采样孔 当排气温度较低或水分含量较高时 采样管应保温或加热数分钟后 再开动抽气泵 以15L min流量抽气 待读数稳定后 记录数值即可 2 3冷凝法由烟道中抽取一定体积的排气 使之通过冷凝器 根据冷凝出来的水量 加上从冷凝器排出的饱和气体含有的水蒸汽量 计算排气中的水分含量 2 4重量法由烟道中抽取一定体积的排气 使之通过装有吸湿剂的吸湿管 排气中的水分被吸湿剂吸收 根据吸湿管道增重计算排气中的水分含量 3排气中O2的测定3 1测量位置和测点同2 2 一般情况下可在靠近烟道中心的一点测定 3 2电化学法原理 被测气体中的氧气 通过传感器半透膜充分扩散进入铅镍合金 空气电池内 经电化学反应产生电能 其电流大小遵循法拉第定律与参加反应的氧原子摩尔数成正比 放电形成的电流经过负载形成电压 测量负载上的电压大小得到氧含量数值 仪器测氧仪 由气泵 流量控制装置 控制电路及显示屏组成 采样管及样气预处理器 测定步骤按仪器使用说明书的要求连接气路 并对气路系统进行漏气检查 开启仪器气泵 当仪器自检完毕 表明工作正常后 抽入清洁空气 氧含量应为20 9 将采样管插入被测烟道中心处 待氧含量读数稳定后 读取数据 3 3热磁式氧分仪法原理 氧受磁场吸引的顺磁性比其他气体强许多 当顺磁性气体在不均匀磁场中 且具有温度梯度时 就会形成气体对流 这种现象称为热磁对流 或称磁风 磁风的强弱取决于混合气体中含氧量多少 通过把混合气体汇总氧含量的变换转换成热磁对流的变化 再转换成电阻的变化 测量电阻的变化 就可得到氧的百分含量 3 4氧化锆氧分仪法原理 利用氧化锆材料添加一定量的稳定剂以后 通过高温烧成 在一定温度下成为氧离子固体电解质 在该材料两侧焙烧上铂电极 一侧通气样 另一侧通空气 当两侧氧分压不同时 两电极间产生浓差电动势 构成氧浓差电池 由氧浓差电池的温度和参比气体氧分压 便可通过测量仪表测量出电动势 换算出被测气体的氧含量 4排气流速 流量的测定4 1测量位置和测点同上所述 4 2原理排气的流速与其动压的平方根成正比 根据测得某测点处的动压 静压以及温度等参数 计算出排气流速 4 3仪器标准型皮托管 S型皮托管 U型压力计 斜管微压计 大气压力计 流速测定仪 S型皮托管 4 4排气压力测量 动压的测定 静压的测定 4 5排气流速计算4 6排气流量计算工况下湿排气流量 标准状态下干排气流量 用流速测定仪测量 按照仪器使用说明书的要求进行操作 由流速测定仪自动测定烟道断面各测点的排气温度 动压 静压和环境大气压 根据测得的参数仪器自动计算出各点的流速 颗粒物采样 1采样位置和采样点同前述 2原理将颗粒物采样管由采样孔插入烟道中 使采样嘴置于测点上 正对气流 按颗粒物等速采样原理 抽取一定量的含尘气体 根据采样管滤筒上所捕集到的颗粒物量和同时抽取的气体量 计算出排气中颗粒物浓度 3采样原则3 1等速采样颗粒物具有一定的质量 在烟道中由于本身运动的惯性作用 不能完全随气流改变方向 为了从烟道中取得有代表性的烟尘样品 需等速采样 即气体进入采样嘴的速度应与采样点的烟气速度相等 其相对误差应在10 以内 气体进入采样嘴的速度大于或小于采样点的烟气速度都将使采样结果产生偏差 在不同采样速度时尘粒运动状况 3 2多点采样由于颗粒物在烟道中的分布是不均匀的 要取得有代表性的烟尘样品 必须在管道断面按一定的规则多点采样 4采样方法4 1移动采样用一个滤筒在已确定的采样点上移动采样 各点的采样时间相同 求出采样断面的平均浓度 4 2定点采样每个测点上采一个样 求出采样断面的平均浓度 并可了解烟道断面上颗粒物浓度变化情况 4 3间断采样对有周期性变化的排放源 根据工况变化及其延续时间 分段采样 然后求出其时间加权平均浓度 5维持等速采样的方法维持颗粒物等速采样的方法有普通型采样管法 预测流速法 皮托管平行测速采样法 动压平衡型采样管法和静压平衡型采样管法等四种 可根据不同测量对象状况 选用其中的一种方法 有条件的 应尽可能采用自动调节流量烟尘采样仪 以减少采样误差 提高工作效率 6皮托管平行测速自动烟尘采样仪原理仪器的微处理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 测控系统将该流量与流量传感器检测到的流量相比较 计算出相应的控制信号 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 保证颗粒物的等速采样条件 自动调节流量皮托管平行测速法烟尘采样装置 1 热电偶或热电阻温度计2 皮托管3 采样管4 除硫干燥器5 微压传感器6 压力传感器7 温度传感器8 流量传感器9 流量调节装置10 抽气泵11 微处理系统12 微型打印机或接口13 显示器 采样前准备工作滤筒处理和称重 用铅笔将滤筒编号 在105 110 烘烤1h 取出放入干燥器中 在恒温恒湿的天平室中冷却至室温 用感量0 1mg天平称量 两次重量之差应不超过0 5mg 检查所有的测试仪器功能是否正常 干燥器中的硅胶是否失效 检查系统是否漏气 如发现漏气 应再分段检查 堵漏 直至合格 检查漏气的方法 流量计量装置放在抽气泵前的 其检漏方法有两种 方法一 在系统的抽气泵前串一满量程为1L min的小量程转子流量计 检漏时 将装好滤筒的采样管进口 不包括采样嘴 堵严 打开抽气泵 调节泵进口处的调节阀 使系统中的压力表负压指示为6 7Kpa 此时 小量程流量计的流量如不大于0 6L min 则视为不漏气 方法二 检漏时 堵严采样管滤筒夹处进口 打开抽气泵 调节泵进口的调节阀 使系统中的真压力表负压指示为6 7Kpa 关闭连接抽气泵的橡皮管 在0 5min内如真空压力表的指示值下降不超过0 2Kpa则视为不漏气 在仪器携往现场前 已按上述方法进行过检漏的 现场检漏仅对采样管后的连接橡皮管到抽气泵段进行检漏 采样步骤采样系统连接 用橡胶管将组合采样管的皮托管与主机的相应接嘴连接 将组合采样管的烟尘取样管与缓冲瓶和干燥瓶连接 再与主机相应接嘴连接 仪器接通电源 自检完毕后输入日期 时间 大气压 管道尺寸等参数 仪器计算出采样点数目和位置 将各采样点的位置在采样管上作好标记 打开烟道的采样孔 清除孔中的积灰 仪器压力测量进行零点校准后 将组合采样管插入烟道中 预测流速 选取合适的采样嘴 将排气中水份含量测定装置的抽气管和信号线与主机连接 将采样管插入烟道 测定烟气中水分含量 记下滤筒的编号 将已称重的滤筒装入采样管内 旋紧压盖 注意采样嘴与皮托管全压测孔方向一致 设定每点的采样时间 输入滤筒编号 将组合采样管插入烟道中 密封采样孔 使采样嘴及皮托管全压测孔正对气流 位于第一个采样点 启动抽气泵 开始采样 第一点采样时间结束 仪器自动发出信号 立即将采样管移至第二采样点继续进行采样 依次类推 顺序在各点采样 采样完毕后 从烟道中小心地取出采样管 注意不要倒置 用镊子将滤筒取出 放入专用的容器中保存 用仪器保存或打印出排气温度 压力 流速 标态烟气量 标态采气体积等参数 样品分析采样后的滤筒放入105 烘箱中烘烤1h 取出放入干燥器中冷却至室温 用感量0 1mg天平称量至恒重 采样前后滤筒重量之差 即为采取的颗粒物量 气态污染物采样 1采样位置和采样点1 1采样位置 原则上述的规定 1 2采样点由于气态污染物在采样断面内 一般是混合均匀的 可取靠近烟道中心的一点作为采样点 2采样方法2 1化学法采样原理通过采样管将样品抽入到装有吸收液的吸收瓶或装有固体吸附剂的吸附管 真空瓶 注射器或气袋中 样品溶液或气态样品经化学分析得出污染物含量 采样系统吸收瓶或吸附管采样系统 由采样管 连接导管 吸收瓶或吸附管 流量计量箱和抽气泵等部件组成 真空瓶或注射器采样系统 由采样管 真空瓶或注射器 洗涤瓶 干燥器和抽气泵等部件组成 烟气采样系统 1 烟道2 加热采样管3 旁路吸收瓶4 温度计5 真空压力表6 吸收瓶7 三通阀8 干燥器9 流量计10抽气泵 105 采样前准备工作配置吸收液 检查并清洗吸收瓶 将准备好的吸收瓶编号 在准备好的吸收瓶中装入规定量的吸收液 其中两个作为旁路吸收瓶使用 为防止吸收瓶磨口处漏气 可以用硅密封脂涂抹 连接采样管 吸收瓶和采样器 连接管应尽可能短 采样管出口至吸收瓶或吸附管之间连接管要用保温材料保温 当管线长时 须采取加热保温措施 对采样系统进行漏气试验 关上采样管出口三通阀 打开抽气泵抽气 使真空压力表负压上升到13kPa 关闭抽气泵一侧阀门 如压力计压力在1min内下降不超过0 15kPa 则视为系统不漏气 如发现漏气 要重新检查 安装 再次检漏 确认系统不漏气后方可采样 采样步骤接通采样管加热电源 将采样管加热到所需温度 将采样管插入烟道近中心位置 进口与排气流动方向成直角 堵严采样孔 用被测排气置换吸收瓶前采样管路内的空气 接通采样管路 调节采样流量至所需流量 采样期间流量波动应不大于 10 采样时间视待测污染物浓度而定 但每个样品采样时间一般不少于10min 采样结束 切断采样管至吸收瓶之间气路 防止烟道负压将吸收液与空气抽入采样管 采样后再次进行漏气试验 如发现漏气 应重新采样 详细记录采样时的工况条件 环境条件和样品的采集数据 采得的样品应妥善保存 尽快分析 3仪器直接测试法采样原理通过采样管和除湿器 用抽气泵将样气送入分析仪器中 直接指示被测气态污染物的含量 采样系统由采样管 颗粒物过滤器和除湿器 抽气泵 测试仪和校正用气瓶等部分组成 仪器直接测试法采样系统 1 滤料2 加热采样管3 三通阀4 除湿器5 抽气泵6 调节阀7 分析仪8 记录器9 标准气体 检查并清洁采样预处理器的颗粒物过滤器 除湿器和输气管路 必要时更换滤料 按照使用说明书连接采样管 采样预处理器和检测仪的气路和电路 连接管线要尽可能短 当必须使用较长管线时 应注意防止样气中水分冷凝 必要时应对管线加热 采样和测定将采样管置于环境空气中 接通仪器电源 仪器自检并校正零点后 自动进入测定状态 将采样管插入烟道中 将采样孔堵严使之不漏气 抽取烟气进行测定 待仪器读数稳定后即可记录 打印 测试数据 读数完毕后将采样管从烟道取出置于环境空气中 抽取干净空气直至仪器示值符合说明书要求后 将采样管插入烟道进行第二次测试 重复2 3 步骤 直至测试完毕 测试结束后 将采样管从烟道取出置于环境空气中 抽取干净空气直至仪器示值符合说明书要求后 自动或手动关机 定电位电解法 原理烟气中的二氧化硫 一氧化氮或二氧化氮 扩散通过传感器渗透膜 进入电解槽 在恒电位工作电极上发生氧化反应 由此产生极限扩散电流 在一定范围内 其电流大小与待测污染物浓度成正比 由此得出污染物浓度 118 测试步骤 非分散红外吸收 原理利用二氧化硫 NO 气体对红外光谱区 特别是7 3um 5 3um 波长光的选择性吸收 由朗伯 比尔定律定量废气中二氧化硫 NO 的浓度 125 NOx计算方法 NOx mg m3 NO mg m3 46 30 NO2 mg m3 NOx mg m3 NO umol mol 30 22 4 46 30 NO2 umol mol 46 22 4 NO umol mol 2 05 NO2 umol mol 2 05 NO umol mol NO2 umol mol 2 05 SO2计算方法 SO2 mg m3 SO2 umol mol 64 22 4 SO2 umol mol 2 86 采样频次和采样时间 1确定采样频次和采样时间的原则相关标准和规范的规定和要求 实施监测的目的和要求 被测污染源污染物排放特点 排放方式及排放规律 生产设施和治理设施的运行状况 被测污染源污染物排放浓度的高低和所采用的监测分析方法的检出限 2采样频次和采样时间锅炉烟尘和废气中颗粒物采样 须多点采样 原则上每点采样时间不少于3min 各点采样时间应相等 或每台锅炉测定时所采集样品累计的总采气量不少于1m3 每次采样 至少采集3个样品 取其平均值 饮食业油烟监测在油烟排放单位正常作业期间连续采样5次 每次10min 危险废物焚烧废气监测在焚烧设施于正常状态下运行1h后 开始以1次 h的频次采集气样 每次采样时间不得低于45min 连续三次 分别测定 以平均值作为判定值 除相关标准另有规定 排气筒中废气污染物的采样频次和采样时间 以连续1小时的采样获取平均值 或在1小时内 以等时间间隔采集3 4个样品 并计算平均值 若某排气筒的排放为间歇性排放 排放时间大于1小时 应在排放时段内按上述的要求采样 若某排气筒的排放为间歇性排放 排放时间小于1小时 应在排放时段内实行连续采样 或在排放时段内以等时间间隔采集2个 4个样品 并计算平均值 当进行污染事故排放监测时 应按需要设置采样时间和频次 不受上述要求的限制 污染物监测分析方法 监测分析方法的选用应充分考虑相关排放标准的规定 被测污染源排放特点 污染物排放浓度的高低 所采用监测分析方法的检出限和干扰等因素 固定污染源废气污染物监测分析方法 应按污染物排放标准要求 采用列出的标准测试方法 在某些项目的监测中 尚无方法标准的 可采用国际标准化组织 ISO 或其他国家的等效方法标准 但应经过验证合格 其检出限 准确度和精密度应能达到质控要求 质量保证和质量控制 1仪器的检定和校准计量器具必须按期送计量部门检定 检定合格 取得检定证书后方可用于监测工作 压力计 流量计等至少半年自行校正一次 烟气测定仪每3个月至半年校准一次 在使用频率较高的情况下 应增加校准次数 若发现传感器性能明显下降或已失效 必须及时更换传感器 并送计量部门检定 测氧仪至少每季度检查校验一次 自动烟尘采样仪和排气中水份含量测定装置的温度计 电子压差计 流量计应定期进行校准 2监测仪器设备的质量检验采样系统进行气密性检验 空白滤筒应检查外表有无裂纹 孔隙或破损 检查皮托管和采样嘴 变形或损坏者不能使用 气态污染物采样 要根据被测成分的存在状态和特性 选择合适的采样管 连接管和滤料 吸收瓶应严密不漏气 多孔筛板吸收瓶鼓泡要均匀 其阻力应在5 0 7kPa 使用仪器直接监测污染物时 需要在采样管气体出口处进行除湿和气液分离 3现场监测的质量保证3 1排气参数的测定监测期间应有专人负责监督工况 污染源生产设备 治理设施应处于正常的运行工况 应仔细清除采样孔短接管内的积灰 再插入测量仪器或采样探头 并严密堵住采样孔周围缝隙以防止漏气 排气温度测定时 应将温度计的测定端插入管道中心位置 待温度指示值稳定后读数 不允许将温度计抽出管道外读数 排气水分含量测定时 采样管前端应装有颗粒物过滤器 采样管应有加热保温措施 应对系统的气密性进行检查 对于直径较大的烟道 应将采样管尽量深地插入烟道 减少采样管外露部分 以防水汽在采样管中冷凝 造成测定结果偏低 排气压力测定时皮托管的全压孔要正对气流方向 偏差不得超过10度 3 2颗粒物的采样采样系统现场连接安装后 应进行气密性检查 采样嘴应先背向气流方向插入管道 采样时采样嘴必须对准气流方向 采样结束 应先将采样嘴背向气流 迅速抽出管道 防止管道负压将尘粒倒吸 滤筒