《固定污染源烟气流速在线连续监测 光闪烁法 》编制说明Word下载.docx

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闫学军、赵娇娇、王鹏、徐国栋、李明明、张战朝、张峰、、何志中、陈立

标准所技术管理负责人：

标准处项目负责人：

1　项目背景

2　

2.1　任务来源

2.2　

应山东省环境保护和总量控制工作需要，进一步完善我省环境保护标准体系，做好“十三五”期间环保标准的制定工作，增加节能减排和环境监管的科学依据，根据国家环境保护部《关于加强地方环保标准工作的指导意见》（环发[2014]49号）有关规定，山东省济南生态环境监测中心（原济南市环境监测中心站）承接了《山东省固定污染源烟气流速在线监测方法》的编制任务。

该标准由山东省济南生态环境监测中心负责制定，山东省生态环境监测中心、山东省济南生态环境监测中心、章丘区环境保护监测站、历城区环境保护监测站、山东鼎安检测技术有限公司和山东鲁验环境检测有限公司共同参与方法验证工作。

美国OSi光学科技公司提供仪器设备，上海太开实业有限公司负责安装调试、维护保养、技术支持；

山东新升实业发展有限责任公司（原淄博矿业集团有限责任公司埠村煤矿矸石热电厂）为方法验证提供场地。

2.3　工作过程

2.4　

（1）成立标准编制小组

2014年10月，项目任务书下达后，济南市环境监测中心站作为项目承担单位，召集相关工作人员，成立标准编制组，完成了项目任务书和合同的填报签订，编制组初步拟定了标准编制的工作目标、工作内容，同时按照任务书的要求，进行任务分工并制定了详细的标准编制计划。

（2）前期调研及文献、标准资料查询

2015年1月，根据原国家环境保护总局《国家环境保护标准制修订工作管理办法》（2006年41号公告）、《环境保护标准编制出版技术指南》（HJ565）的相关规定及管理要求，查询并收集了国内外有关烟气流速的测定方法、工作原理、质量控制、结果计算及方法性能等方面的标准和文献材料，对国内外相关测定方法进行比较分析与研究，分类归纳形成调研报告;

经过初步讨论、分析、研究，确定了标准制定原则和技术路线，形成了本标准的开题论证报告和初稿草案以及相关技术指标验证测试初步方案。

（3）现场调研、确定实施方案

2015年3月至10月，通过前期查阅文献和调研，确定超声波法和光闪烁法作为本次方法验证的对象，并对两种方法开展了现场调研，先后到华电国际电力股份有限公司邹县发电厂、杭联热电有限公司、华电龙口发电有限公司等已安装使用各类超声波流速计的企业调研和去江苏镇江发电有限公司、南京华润热电有限公司、江苏南通发电有限公司等已经安装使用光闪烁气体流速计的企业调研，通过对现场调研中用户评价、安装条件、现场适应性及设备稳定性等多方面因素的充分考虑，最终确定超声波法和光闪烁法作为本次论证的流速测定方法。

（4）开展实验研究工作，组织方法验证

2015年8月至2015年10月，标准编制组组织召开课题讨论会，针对标准内容确定验证方案，对安装位置、测试工况、测定点位、比对方法、结果计算等各个环节内容进行充分讨论研究，明确了方法技术路线和适用范围。

（5）方法验证结果比对分析，编制方法标准及编制说明初稿

方法验证由于受现场的限制，2015年12月至2016年9月进行了超声波法和光闪烁法的现场验证，2015年12月至2016年9月确定超声波法首批现场安装验证场地为济南东新热电有限公司和中国石油化工股份有限公司济南分公司，其中济南东新热电有限公司作为低流速验证场地，中国石油化工股份有限公司济南分公司作为高流速验证场地，并根据验证方案开展验证工作；

光闪烁法选择山东新升实业发展有限责任公司作为验证现场。

由于光闪烁法验证现场受企业锅炉改造和治污设施重建等因素限制，未能及时开展现场验证工作，列为第二批验证计划。

2019年4月完成现场设备调试，开始了正式运行。

2019年11月，设备运行满六个月，根据验证方案开展并完成了现场验证工作。

2019年12月至2020年4月完成现场验证工作，汇总分析数据并编写方法标准征求意见稿和编制说明。

3　标准制订的必要性分析

4　

4.1　相关环保标准和环保工作的需要

4.2　

经济社会的迅速发展，为环境保护工作带来更大的压力和更高的要求。

为改善大气环境的质量，切实解决影响科学发展和损害群众健康的突出环境问题，努力改善环境质量，防范环境风险，国家对污染物排放逐步实施了节能减排、排污收费和总量控制等一系列方针。

根据环境保护和总量控制工作需要，要有效管理企业排污，确保排放控制指标的顺利实现，一方面要从技术和控制手段上减少污染气体的排放，另一方面要保证监测数据的准确可靠，因此需要我们对现有监测技术进行不断研究和改进。

其中烟气流速是确定排污企业污染物排放总量的重要参数，烟气流速的测定为总量控制计划的实施提供数据基础，同时固定污染源烟气流速的准确测定，也是自动在线监测数据真实反应企业主要污染物排放情况的重要前提。

当前我国固定污染源烟气监测标准，有GB/T16157《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》、HJ76《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法》、HJ/T373《固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范（试行）》、HJ/T397《固定源废气监测技术规范》等；

烟气流速测定的标准方法均采用皮托管法，适用条件为流速大于4.5m/s的烟气。

其中，标准型皮托管法适用于测量较清洁的排气。

而我省固定污染源企业特别是兼顾冬季供暖的企业在非采暖期运行负荷较低，废气排放流速大都小于5m/s。

表1为济南市省控烟气固定污染源的流速分布情况，共51个省控烟气监控站点参与统计，其中烟气流速小于5m/s的站点数量占统计站点数量的一半以上，且70%以上为热电企业站点；

此外烟气经过脱硝、湿法脱硫、湿法除尘等治污设施后，排放烟气温度低、湿度大，对测定方法要求更高。

低流速下流量不准确是导致我省污染源自动监测数据利用率不高的重要制约因素，严重影响对废气排放企业排污量统计的准确性，导致仍需依靠物料衡算的方式计算企业污染物排放量。

国内针对低流速下烟气的流速在线测定方法单一，光闪烁法规定了0-40m/s范围固定污染源烟气流速监测方法，无监测盲区，该方法与超声波法是目前少数技术成熟且应用于固定污染源监测的全流速监测方法，介于以上原因，选取光闪烁法作为制定适用于我省固定污染源烟气流速在线测定的方法，并出台省级规范标准，对指导我省固定污染源流速的准确测量具有重要现实意义。

表1济南市省控烟气固定污染源流速情况

流速范围（m/s）

站点个数

占统计数量的百分比

涉及行业

<

5

26

51%

19个热电企业，其余为化工及水泥

5~10

8

15.7%

5个热电企业，其余为化工

>

10

17

33.3%

4个热电企业，其余为化工、水泥及垃圾焚烧

4.3　烟气流速在线连续监测现状及存在问题

4.4　

通常情况下皮托管是和微压力传感器联用进行流速测定的，由传感器将压差信号转化为电信号输出。

而当前最灵敏的微压力传感器其精度仅为1m/s（换算成标准状况下的空气流速约为1.25m/s），因此皮托管无法准确测定低于此速度的烟气流速。

考虑到自身测量误差，皮托管法的推荐最低测定风速为4m/s。

因此皮托管压差法流速测量技术需要解决的是在线校准问题、低流速（＜5m/s）时准确度问题、直管段不能充分满足要求的情况下如何客观反映现实的问题。

调研发现，光闪烁法已应用于测定大气风速等行业，在国外烟气自动在线监测中也得到了逐步应用。

光闪烁法，采用非接触式测量，不会产生腐蚀和堵塞问题；

测量线平均流速，更具有代表性；

直接测量烟气流速，不受烟气压力、温度、湿度和分子量或组份的影响；

同一个平台，对穿孔安装，节省安装费用；

日常免维护，无须定期回厂校验，流速测量最低达0.01m/s，建议最低量程0.1m/s。

目前国家层面没有出台适用于低流速下流量测量的标准方法，山东省2019年实施了《固定污染源烟气流速在线监测超声波法（DB37/T3462-2018）》，首次将非接触式方法纳入到我省标准体系中来，但方法单一，而另一种成熟方法——光闪烁法虽然已开始应用，但在低流速下其准确性校核仍采用传统的皮托管法进行手工比对，不够严谨，其在烟气自动在线监测中的适用性和准确性未得到充分验证。

本标准方法的目的在于为准确测量烟气的流量提供另一种标准方法，丰富我省在流速测量的标准体系。

5　国内外相关监测方法及标准研究

6　

6.1　国内外流速监测方法及应用情况

6.2　

国内外主要烟气流速测量方法如表2所示。

表2流速测量技术

测量方法

仪器或传感器

测量方式

压差传感器法

微压差计、皮托管

微压差计、平均压差皮托管

在线连续点测量

在线连续线测量

热传感器法

热传感器

声速测量法

超声波/声波传感器

力矩转换法

靶式流量计

光闪烁法

光学测速仪

红外线法

红外传感器

注：

点测量：

在烟道或管道某一点上或沿着等于或小于断面直径10%的路径上的测定；

线测量：

沿着大于管道和烟道断面直径10%的路径上的测定。

热传感器法受湿度影响，附着在传感器上的水滴蒸发带走热量造成的损失被误认为是气流带走的热损失，结果导致测量流速偏高，且热传感系统易腐蚀和粘附微粒，严重影响仪器的响应灵敏度和测量精度。

靶式流量计在流速较低时，需要增加靶板面积以增大其作用力使传感器达到响应应变。

由于流量计测定的是平均流速，若靶板面积过大，其上各点的速度梯度可能很大，从而影响测量精度。

红外线法采用数学技术测定烟气运动形成涡流的飞行时间，方法已经成功，但没有足够的数据评价这种技术的可行性，所以其适用性受到限制。

压差传感器法因结构简单、成本低、坚固耐用、测速准确一直被作为标准监测方法被广泛使用，但对安装位置和气流条件要求较高，其测量结果受很多测量因素影响：

被测介质的物性参数如压缩性、压力损失等；

设计安装如全压孔大小、静压孔位置等。

尤其是在流速低于4.5m/s时，不再适用。

超声波流速测量仪器为跨烟道或跨烟囱测量系统，为非接触式测量，与插入式测量探头相比不易收到气体的腐蚀和颗粒物的玷污影响，该技术能测量低至0.03m/s的气体流速。

光闪烁法利用红色光穿过烟气时，烟气的湍流、温度或密度的变化造成折射率的变化，从而引起光波相位变化而造成光强度的变化，即光闪烁，光学探测器对这种闪动进行测量并推算气体流速，该过程无需参考声速、光速或压力等其他物理量，不受介质成分、温度、压力、相对湿度等因素影响，测量精度较高，最低可以测量气体流速是0.1m/s。

表3压差传感器法、超声波法、光闪烁法测定固定污染源烟气流速应用情况对比

方法

经济成本

安装要求

维护便利性

测定类型

初期投入低

后期维护高

安装位置要求高

安装简便

维护频率高、成本高

点速度

线平均速度

超声波法

初期投入中等

后期维护少

安装位置要求低

安装难度大

维护频率低、成本低

初期投入高

压差传感器法、超声波法、光闪烁法在固定污染源烟气流速测定中的应用情况对比如表3所示，其