背景介紹
目前，中國的二氧化硫和二氧化碳的排放量已分別居世界第一位和第二位。造成大氣質量嚴重污染的主要原因是以燃煤為主的能源結構，而中國發電行業70 %為燃煤發電。燃煤電廠排放煙氣中含有煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及少量一氧化碳，煙塵直接影響到大氣的環境質量，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等均為酸性氣體，是酸雨形成的主要因素。燃煤電廠煙氣污染物的排放控制，首先應做好污染源的環境監測工作，它是環境管理的基礎和標尺。
相關概念
乾態煙氣與濕態煙氣
與大氣相比,煙氣中的水蒸氣含量較高,變化範圍較大，為便於比較，監測方法規以除去水蒸氣後標準狀態下的乾煙氣為基準表示煙氣中有害物質的測定結果。含濕量的測定方法有重量法、冷凝法、乾濕球法等。煙氣濕態體積就是煙氣的實際體積。乾態體積是去掉煙氣中水蒸汽含量後的體積。
工況和標況
依煙氣狀態不同，分為工況和標況兩種，工況是依實際條件測定的煙氣量，標況是工況換算成標準狀態下的煙氣量Nm3/h是指通常狀態下的風量，即20度，1個大氣壓下； 因為氣體是可以壓縮的，流量與狀態有關。Nm3/h叫標立方是就氣體而言的，是指換算成標準狀態下的體積，是1個標準大氣壓下273K下的體積。Nm3/h在環保中常用，許多環保標準均有表述，是指換算成標準狀態下的體積流量，標態為溫度273K（0度）,壓力101325Pa.可按下式簡單換算：V標準/V實際=273/（273+T實際），V-體積流量,T實際-實際氣溫；煙氣在溫度為273K，壓力為101325Pa時的狀態，簡稱“標態”。 一般標準中所規定的大氣污染物排放濃度均指標準狀態下乾煙氣的數值。
大氣污染物排放登記表上面給出的污染源排放廢氣量採用的是標準狀態的體積。標準立方米指的是溫度273K，壓力為101325Pa時的乾空氣所占體積。 在大氣環境模式計算里，使用的是工況狀態下的體積和煙氣實際排放速度，在不考慮氣體壓縮影響和濕度極小時，工況狀態煙氣體積可由標準狀態體積換算出；
V=VN*PN*T/P*TN，式中：
V-工況狀態下乾空氣的體積；
VN-標準狀態下乾空氣的體積；
P-工況狀態下大氣壓，hPa；
PN-標準狀態下大氣壓，1013.25hPa；
T-工況狀態氣體溫度，K；
TN-標準狀態溫度；273.15K。
在大氣環境容量測算時，必須進行上面修正，否則煙氣抬升計算不正確，甚至會出現煙氣的虛假下洗，導致容量測算有誤。
採樣設備
濾筒
在對大氣污染源的監測中，煙塵排放濃度的監測是一個比較常規的監測項目。其中，收集煙塵採樣濾筒主要有玻璃纖維濾筒和剛玉濾筒。日常的監測中，採樣濾筒以玻璃纖維濾筒為主。濾筒稱重時，有時會出現濾筒終重比初重還要小。這是由於濾筒採樣後出現失重現象造成的。濾筒在採樣前後除了要保證烘烤的時間和溫度保持一致外，烘箱溫度要設定在200 ℃，因為燃煤電廠的煙氣溫度一般在120～180 ℃，如果採樣溫度超過了烘箱烘烤溫度，就會造成濾筒出現失重現象。另外，在工作現場裝卸濾筒時，由於運輸過程中震動摩擦濾筒常常會產生一些碎絮並脫落，造成濾筒初重損失。應在濾筒編號前擠壓濾筒邊緣並用毛刷清掃濾筒，減少碎絮的產生。
初始稱重及採樣結束後，用無塵包裝紙包裹濾筒，現場安裝、拆卸濾筒要迅速，儘量減少濾筒在空氣中的暴露時間，以免濾筒被空氣污染，影響煙塵採集量的準確度。
採樣槍
由於煙氣中含有二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體，再加上煙氣濕度過大，往往會造成採樣槍濾筒托內表面生鏽，如果不及時處理，採樣後的濾筒外表面會帶有大片的銹漬，影響濾筒終重。採樣前應擦拭濾筒托，必要時要用鐵砂紙打磨，每次採樣結束後，應將濾筒托在空氣中暴露5 min 以上，確保水汽及酸性物質不在濾筒托表面滯留。
採樣的過程中要十分小心，採樣嘴不要碰煙道管壁，以免積灰吸入濾筒、槍嘴碰撞變形。
煙氣分析儀
在監測煙氣中二氧化硫排放濃度時常用儀器為KM9106 攜帶型煙氣分析儀及Testo335 煙氣分析儀, 二者均採用定電位電解法, 另外, 還有傅立葉紅外煙氣分析儀, 採用紅外光譜法。燃煤電廠在安裝煙氣脫硫裝置後, 脫硫效率均在90 %左右, 出口煙氣二氧化硫排放濃度較低, 用定電位電解法分析儀在脫硫裝置出口測試時常常遇到二氧化硫檢測不出來的現象。
定電位電解法煙氣分析儀沒有保溫設施, 煙氣抽出煙道遇冷會馬上在採樣管路上結露, 二氧化硫氣體很容易溶於水, 加上脫硫裝置出口二氧化硫濃度低、煙氣濕度大, 造成了二氧化硫濃度檢測不出來的現象。
針對上述問題, 採用在採樣管路上裹保溫材料 , 儘量減少採樣管路暴露在空氣中的距離,延長測試時間。如若仍解決不了, 則應選擇傅立葉紅外光譜法測試。
測孔位置
測孔位置和測點布置的原則
在煙塵、煙氣監測工作中，測孔位置和測點布置的基本原則是，測孔位置應設在管道氣流平穩段，並優先考慮垂直管道。原則上設在距彎頭、閥門和其他變徑管道下遊方向大於倍直徑處，上遊方向倍直徑處，當難於滿足上述要求時，測孔位置與彎頭等的距離至少是煙道直徑的倍處，並適當增加側點數。在採集氣體污染物樣品時，測孔位置原則上應設在管氣流平穩段，並避開漏風部位，靠近管道中心位置採樣。
在選定的測孔位置斷面上，原則上設定互相垂直的兩個測孔。當測定斷面的流速分布較均勻、對稱時, 可設一個採樣孔，測點減少一半。測點在測量斷面的具體布置尺寸，可按照GB5466一85《鍋爐煙塵測試方法》和GB9079一88《工業爐窯煙塵側試方法》中的規定執行。
煙氣測定
煙氣檢測平台技術標準：1、位於固定污染源排放控制設備的下游；2、不受環境光線和電磁輻射的影響；3、煙道振動幅度儘可能小；4、安裝位置應避免煙氣中水滴和水霧的干擾；5、安裝位置不漏風；6、安裝煙氣 CEMS 的工作區域必須提供永久性的電源，以保障煙氣 CEMS 的正常運行；7、採樣或監測平台易於人員到達，有足夠的空間，便於日常維護和比對監測。當採樣平台設定在離地面高度≥5 米的位置時，應有通往平台的 Z 字梯/旋梯/升降梯；8、為室外的煙氣 CEMS 裝置提供掩蔽所，以便在任何天氣條件下不影響煙氣 CEMS 的運行和不損害維修人員的健康，能夠安全地進行維護。安裝在高空位置的煙氣 CEMS 要採取措施防止發生雷擊事故，做好接地，以保證人身安全和儀器的運行安全。9、 應優先選擇在垂直管段和煙道負壓區域。10、 測定位置應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。 對於顆粒物 CEMS， 應設定在距彎頭、 閥門、 變徑管下遊方向不小於 4 倍煙道直徑，以及距上述部件上遊方向不小於 2 倍煙道直徑處； 對於氣態污染物 CEMS，應設定在距彎頭、 閥門、 變徑管下遊方向不小於 2 倍煙道直徑，以及距上述部件上遊方向不小於 0.5 倍煙道直徑處。對矩形煙道， 其當量直徑D=2AB/(A+B)， 式中 A、 B 為邊長。 當安裝位置不能滿足上述要求時， 應儘可能選擇在氣流穩定的斷面，但安裝位置前直管段的長度必須大於安裝位置後直管段的長度。在煙氣 CEMS 監測斷面下游應預留參比方法採樣孔，採樣孔數目及採樣平台等按GB/T16157 « 固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物採樣方法»要求確定， 以供參比方法測試使用。在互不影響測量的前提下，應儘可能靠近。11、為了便於顆粒物和流速參比方法的校驗和比對監測，煙氣 CEMS 不宜安裝在煙道內煙氣流速小於 5m/s 的位置。13、火電廠濕法脫硫裝置後未安裝煙氣 GGH（氣-氣換熱器） 的煙道內， 由於水份的干擾，顆粒物 CEMS 無法準確測定其濃度，顆粒物 CEMS 可安裝在脫硫裝置前的管段中。
在鍋爐煙氣監測中,重點應是二氧化硫的測定，因為二氧化硫測定結果的準確與否，可直接反映鍋爐所燒的煤種含硫量的高低及脫硫裝置的運行情況好壞。
在用定電位電解法測定時應注意以下幾點：
(1) 每次到現場監測前均要用所測煙氣的標氣進行校正,並且要及時更換到期的各個感測器。
(2) 在二氧化硫的監測中，因為乳膠管對二氧化硫有較強的吸附作用，所用的導氣管不能為乳膠管，而要用聚四氟乙烯管或矽膠管，對採樣槍進行加熱。
(3) 要取定電位電解法測定時間區間二氧化硫(包括氮氧化物和一氧化碳) 濃度的平均值，不得以瞬時測定值代表污染物的排放值。例如在1小時內，用定電位電解法等時間間隔讀取4 組，每組5 個數據，計算小時平均值。
注意事項
採樣過程中的問題：
倒吸現象
燃煤電廠鍋爐負荷較大，煙氣在進入煙囪前均採用引風機克服阻力，出入口靜壓大多在- 2 000 Pa以上，出入口煙道截面積大， 在採樣結束後，採樣槍拔出煙道前的過程中往往會產生倒吸現象，影響採樣結果的準確性。有兩個辦法可以解決該問題：一是將採樣槍直接伸入離測孔最遠的測點，由遠及近依次採樣，減少採樣結束至抽出採樣槍的時間；另一個辦法是提前1 s～2 s 的時間發出抽出採樣槍的命令，控制在採樣槍剛抽出測孔時採樣時間結束。
採樣過程中頻繁出現阻力過大現象
天氣較冷且煙氣濕度過大時，煙塵採樣時經常會出現煙塵採樣儀中的乾燥筒一個樣品未採集完，乾燥瓶中的矽膠已變色。由於煙氣中的水汽大、溫度高，矽膠粒會不時產生爆裂，碎粉末隨著氣流進入採樣儀內部，碎粉末積聚過多造成氣路堵塞而無法正常工作。經過多年的工作經驗，採取在乾燥筒前再串聯一個緩衝瓶。
煙塵採樣時煙氣分析儀加裝緩衝瓶，煙氣首先進入第一個緩衝瓶，熱煙氣驟冷可凝結出一部分水分，煙氣濕度降低既可大大減少乾燥瓶中矽膠更換次數，又可解決煙溫過高矽膠遇水爆裂堵塞氣路的問題。
線上監測系統
對大氣污染源排放的顆粒物（也稱煙塵）、氣態污染物（包括二氧化硫、氮氧化物等）進行濃度和排放總量連續監測的裝置，被稱為“煙氣排放連續監測系統”或“煙氣連續排放監測系統”。國際上通用稱呼CEMS（Continuous Emission Monitoring System）。煙氣排放連續監測系統不僅能用於排放達標監控和排污計量使用，同時還可以用於設備（除塵、脫硫、鍋爐燃燒工況）運行狀態檢查、故障診斷等。
煙氣連續線上監測系統運用煙氣紅外採樣、後散射煙塵濃度測量、皮托管煙氣流速測量及計算機網路通訊技術，實現了固定污染源污染物排放濃度和排放總量的線上連續監測。同時又針對國內煤種較雜、煤質變化大、污染物排放濃度高、煙氣濕度大的狀況從技術上進行了改進。並按照國家標準設計定型，提供專業的中文操作平台及中文報表功能、多組模擬量及開關量輸入輸出接口，可實現現場匯流排的連線以及多種通訊方法的選用，使系統運行方便靈活。 、
煙氣連續線上監測系統（CEMS）是功能齊全，整體水平最高的固定污染源線上監測系統。主要由以下幾個子系統組成：
1) 固態顆粒物連續監測子系統 ；
2) 氣態污染物連續監測子系統（SO2、NO）；
3) 煙氣含氧量、煙氣流量、壓力、溫度，濕度等煙氣參數連續監測子系統 ；
4) 數據處理與遠程通訊系統。
