环境保护标准制定项目

环境保护标准制定项目固定污染源排放烟气黑度的测定林格曼烟气黑度图法编制说明北京市环境保护监测中心11.标准制定的必要性和意义控制烟气中污染物排放的标准可分为两大类。一类是以烟气中有害物质的排放浓度和排放量作为控制指标的，其监测方法是客观的实际测定。另一类是以人的感官对烟气的反应（如气味、颜色等）强弱作为控制指标的，其监测方法是凭人的感官主观反应。烟气黑度标准就是属于后者，在废气污染源监测中，烟气黑度是燃料燃烧污染源的一项重要控制指标。由于很难确定烟气的视觉黑度与其中有害物质含量之间的精确对应关系，因此这种方法不能取代前述排放浓度和排放量的实际监测。但烟气黑度的监测具有简便易行、成本低廉、快捷省时的优点，故在国内外得到广泛的应用，在许多国家被列为常用的烟气排放监测方法之一。在我国，工业锅炉、电厂锅炉、工业炉窑、垃圾焚烧炉等排放标准中，对烟气黑度的排放都规定了具体限值。烟气黑度的监测方法，不少国家制定了相关的标准和规范，我国相关的技术书籍和资料中有所论述，但尚未制定标准监测方法。2003年，在国家环保总局组织编写的《空气与废气监测分析方法》（第四版）中，对烟气黑度的监测方法做了规定，使得全国有了统一的监测方法。但是这个版本在监测方法的技术细节和观测记录等方面要求还不够严谨，操作的随意性较大，影响到监测结果的准确性、可靠性和可比性，也造成了对污染源监督执法的困难。由于缺少足够的技术资料，在实际监测工作中，许多监测人员没有经过正规的培训，对烟气黑度监测的技术方法没有认真地学习，对观测的技术要求没有真正掌握，只是了解一个大概，便上岗执行监测任务。在进行烟气黑度观测时，不考虑观测的条件是否符合要求，只凭个人的主观印象，随意给定一个监测结果。由此而引发监测部门与被测方的纠纷经常出现，甚至告到法院，对簿公堂的情况也有发生。目前，我国烟气黑度监测中存在的主要问题是：（1）标准林格曼烟气黑度图的技术要求不够明确，不易获得正规的版本，监测人员在现场极少使用标准林格曼烟气黑度图作为观测时对照判断的依据。（2）观测的环境条件和操作技术要求不够明确和严格，如观测的持续时间、操作细节、结果的计算等，监测人员随意2性很大。（3）对观测记录没有严格的统一规定，很多监测人员不做现场观测记录，使得观测过程和观测结果缺少可作为法律证据的文件材料。制定烟气黑度监测方法标准，已经成为亟待解决的问题。本标准的制定将进一步完善烟气黑度测定的技术要求，提供充分的技术资料，使全国环境监测部门有一个科学的、统一的、便于操作的监测方法，以获得准确可靠的、有代表性的、有可比性的监测数据，为环境管理部门对废气污染源监督执法、为评价污染控制装置的性能和使用情况、为环境空气质量管理与评价提供科学的依据。2.标准制定的任务来源、制定原则和依据任务来源：根据国家环境保护“十五”计划和全国环境监测“十五”计划纲要的要求，为了健全环境监测技术规范体系，促进环境监测工作规范化、科学化，更好地为环境管理与决策提供技术支持，国家环境保护总局科技标准司提出编制烟气黑度监测方法标准，并列入2002年度国家环境保护标准制、修订项目计划。本标准制定的原则是在对国内外相关方法标准和技术资料调查研究的基础上，既考虑技术的科学性，又考虑现实的实用有效性和可操作性；既考虑遵循统一的国家标准，又考虑环境监测的特点。力求制定规范，简便易懂，切实可行。本标准制定的格式符合国家环境保护行业标准HJ/T168-2004《环境监测分析方法标准制定技术导则》的要求，并依据GB/T1.1-2000《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》、GB/T1.2-2002《标准化工作导则第2部分：标准中规范性技术要素内容的确定方法》、GB/T20000《标准化工作指南》系列。3.国内外研究情况及标准的主要内容林格曼烟气黑度图是十九世纪末法国巴黎的林格曼（Ringelmann）教授研发出来的。林格曼诞生于1861年，1888年在巴黎国家农艺研究所任农业工程教授，此后许多年他都从事这个工作。林格曼认为燃煤锅炉排放黑烟是由于不良的燃烧效率造成的，烟气颜色越深意味着燃烧效率越差。为了测量烟气的黑度，他制作了一组卡片，在面积相同的四张白色背景的卡片上面，划上不同粗细的黑色网格。当他把这组卡片放在一定距离以外远处观看时，这些网格看上去显示出深浅不同的灰色影调。林格曼将烟气的黑度与一组卡片中的某一网格表现的影调进行比较，利用获得的信息来调整炉子的空燃比，这样当调整到烟气黑度最小的时候，就表明燃烧效率最高。31897年11月11日，威廉.肯特发表在《工程新闻》上的一篇文章将林格曼烟气黑度图介绍到了美国。文章所附的注释说明，他是从伦敦的一次私人谈话中知道了这个图。据说，当时林格曼烟气黑度图在欧洲已经得到相当广泛的应用。1899年，威廉.肯特建议采纳林格曼烟气黑度图作为发电厂试验标准条例中烟气密度的标准测定方法，这个条例是由美国机械工程学会制定的。1904年，美国地理测量技术部门（后来成为了现在的矿业署的核心）的工程师在圣路易斯开始进行的无烟燃烧的研究中使用了林格曼烟气黑度图。1905年，在芝加哥一个案件的现场调查中，法院发现从高烟囱排放的烟气会扩散到广阔的地区，在浓度很高时，它沉积的烟灰会达到这样的程度，以致对它所扩散到的地方的财物和健康造成伤害。因此，芝加哥法院支持这样的观点：“在人口稠密的公众中，浓烟的排放是一种公害”。此后，使用颜色深浅等级测量烟气得到了芝加哥官方的支持。1908年，地理学会技术部制作了林格曼烟气黑度图的拷贝，以便其燃料工程师使用和公开散发。在这个组织的基础上，1910年矿业署与技术部门的另一个试验机构一起承担了这项任务。1910年，在由马塞诸萨州立法机关通过的波士顿烟气法规中，林格曼烟气黑度图得到了官方的认可。同年，该图的使用也得到纽约州法规的支持。20世纪20年代以后，许多市政当局将林格曼烟气黑度图纳入他们的健康与安全法规，力图把烟气作为公害进行控制。在1948年宾夕法尼亚州发生了一系列与死亡有关的空气污染事件以后，卫生部长宣布烟气不仅是一种公害，而且也是健康的杀手。这就将联邦实施空气污染排放控制提到了议程。在50和60年代，洛杉机将两条明确表达的条款加入到可看见的污染排放条例中。其一是使用具有不透明度测量器的烟气发生装置训练和认证检测人员。为了避免观察人员之间的个体差异对观察精度所产生的影响，洛杉矶空气污染控制区技术部门研究了对观察人员进行训练的方法。他们用一个机械送风的燃油炉作为标准烟气的发生器，调节燃料和空气量以达到所需的烟气黑度。在发生器的烟囱出口两边，分别装上标准光源和光电管，光电管接上电表。当烟气从烟囱冒出时，光电管的电路可以测出从标准光源发出的光透过烟气后到达光电管的相对强度。一个有经验的标准鉴定小组将烟气黑度与林格曼图进行对照，以小组成员的林格曼读数的统计平均4值作为标准。大量的数据统计表明，未经训练的观察人员之间有0.5至0.6林格曼级数的差别，经过训练的观察人员之间只有0.28至0.32林格曼级数的差别。此外，洛杉机还通过引入“等效的不透明度”的概念，把林格曼方法扩展到白色和其它颜色的烟气。等效的不透明度是指白色烟气等效于能够使背景视图模糊的林格曼级数。在某些州，等效不透明度仍然用林格曼级测量，而其它州使用了0到100%的分级。在60年代，联邦政府公布了AP-30，描述了与大气透射度计相比较，烟气观察者的观测准确度。它还提出了由于太阳处于排放源相反的位置所造成的观察烟羽的问题。1974年，配合新污染源性能标准（NSPS）的EPA方法9发布，NSPS程序是以不透明度为基础的。虽然国家的趋势是以不透明度百分数来测量所有的排放，但某些州的法规（特别是加利福尼亚）仍然规定了林格曼系统用于黑色和灰色烟羽。今天，随着对废物焚烧和PM-10排放与不透明度的关系的重视，可看见的污染排放的监测显得更为重要。林格曼烟气黑度图仍然广泛应用于烟气排放的监测，用来测量烟气排放是否在规定的限值或标准允许的范围内，作为控制烟气排放的执法依据。应该指出，通过林格曼烟气黑度图的使用和观测所获得的数据，实质上是以经验为基础的，因而具有一定的局限性。烟气黑度的表观，取决于排气中颗粒物的浓度、颗粒物的粒径、颗粒物的颜色、被观察的烟羽的厚度、以及自然光的条件如太阳相对于观察者的方向等许多因素。此外，观测者在身体条件和判断能力上的差异，也会对观测结果有所影响。尽管有许多局限性，然而在经过良好训练的操作者手里，使用林格曼烟气黑度图仍然能够得到很好的实际结果，这已经被长期的实际应用所证明。在我国，烟气黑度的监测由于方法简便易行，早已得到广泛应用。1974年由原中国医学科学院卫生研究所卫生防护研究室编写的《烟气测试方法》一书对该方法作了较为详细的叙述。1990年于正然、刘光铨等编著的《烟尘烟气测试实用技术》将这部分内容收编在书中。在我国《锅炉大气污染物排放标准》、《工业炉窑大气污染物排放标准》、《火电厂大气污染物排放标准》、《炼焦炉大气污染物排放标准》、《危险废物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》5等标准中，都对烟气黑度排放规定了标准限值。2003年出版的《空气和废气监测分析方法》（第四版）也增加了烟气黑度监测方法的内容，把林格曼烟气浓度图法作为环境监测的统一推荐方法。本标准的编制是吸取国内外有关烟气黑度监测技术的研究成果，总结实际监测的经验，结合我国的国情，对烟气黑度的监测技术作进一步的完善和标准化。对烟气黑度的定义、烟气黑度的分级、烟气浓度图的绘制、监测的基本要求、监测的方法和步骤、观测过程的记录、监测结果的计算和表示等制定相应的规定。4.标准有关技术内容和条文的说明（1）关于烟气黑度的表述在我国《锅炉大气污染物排放标准》、《工业炉窑大气污染物排放标准》、《火电厂大气污染物排放标准》、《炼焦炉大气污染物排放标准》、《危险废物焚烧污染控制标准》和《生活垃圾焚烧污染控制标准》中，都对烟气黑度排放规定了标准限值，但关于烟气黑度的表述不统一。主要在如下三个方面：（1）污染物项目名称，有的为“烟气黑度”，有的为“林格曼黑度”；（2）排放限值的单位，有的为“级”，有的为“林格曼级”，有的为“林格曼黑度，级”；（3）监测方法，有的为“林格曼烟气浓度图法”，有的为“林格曼黑度图法”，有的为“林格曼黑度烟气浓度图法”,《空气和废气监测分析方法》（第四版）称为“林格曼黑度图法”。见表1。表1相关标准中关于烟气黑度的表述相关标准污染物名称排放限值单位监测方法锅炉烟尘测试方法GB5468-1991烟气黑度-林格曼烟气浓度图锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001烟气黑度林格曼黑度/级按GB5468规定执行工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996烟气黑度林格曼级-炼焦炉大气污染物排放标准GB16171-1996林格曼黑度级林格曼黑度烟气浓度图火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003烟气黑度林格曼黑度，级林格曼黑度图法危险废物焚烧污染控制标准GB18484-2001烟气黑度林格曼级按GB5468规定执行6生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2001烟气黑度林格曼黑度，级按GB5468规定执行为了规范和统一关于烟气黑度的表述，在本标准中，规定污染物名称为“烟气黑度”，排放限值单位为“林格曼黑度，级”；监测方法为“林格曼烟气黑度图法”。（2）林格曼烟气浓度图及其制作林格曼烟气黑度图是十九世纪末法国的林格曼（Ringelmann）研制出来的。在进行烟气观测时，把图放置在适当的位置上，使图上的黑度与烟气的黑度相比较，凭视觉进行评价。林格曼图有多种规格，通用的形式是由14cm×21cm的黑度不同的6块图片组成。除全白与全黑两块外，其它4块是在白色背底上画上不同宽度的黑色条格。根据黑色条格在整个色块中所占的面积的百分数分成0至5的林格曼级数。0级是全白，5级是全黑，1级是黑色条格占整块面积的20%，2级占40%，依次类推，其特点见表2。表2林格曼烟气黑度图的特点林格曼级数烟气外观特点黑色条格占色块总面积的百分数，%0全白01微灰202灰