重量法測定燃煤電廠煙氣中細顆粒物

易玉萍，段玖祥，周道斌，張文杰，姚杰，趙洋

(國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京210023)

重量法測定燃煤電廠煙氣中細顆粒物

易玉萍，段玖祥，周道斌，張文杰，姚杰，趙洋

(國電環(huán)境保護研究院，江蘇南京210023)

在燃煤電廠排放的煙氣中，細顆粒物PM2.5對人體健康及環(huán)境會產(chǎn)生很大危害，對煙氣中細顆粒物的監(jiān)測是一個重要的研究領域，主要探討燃煤電廠煙氣中細顆粒物測試原理、采樣方法及對測試結果進行誤差分析，該方法測試的相對誤差在±20%之間。

燃煤電廠:細顆粒物(PM2.5):測定方法:相對誤差

1 試驗

1.1 試驗原理

測量煙道氣中細顆粒物的質量濃度原理為撞擊原理，采用重量法進行測定。撞擊原理是基于采用圓形噴嘴撞擊器的撞擊作用。被測氣體通過一個噴嘴得到加速并偏轉90℃，空氣動力學當量直徑較大的顆粒物由于其質量慣性無法跟隨氣流運動，進而撞擊收集膜并被捕集，較小的顆粒物隨氣流繼續(xù)前進，進入下一級撞擊收集膜。煙氣中不同粒徑范圍的顆粒物被收集在已知質量的收集膜和濾膜上，根據(jù)采樣前、后收集膜和濾膜的質量差和采樣體積，計算出細顆粒物(PM2.5)的質量濃度。

標準狀態(tài)下的細顆粒物(PM2.5)質量濃度按下式計算:

式中:C為標準狀況下細顆粒物(PM2.5)的質量濃度，mg/m3;Mf，0為空白濾膜的質量，g;Mf，1采樣后濾膜的質量，g;Mpi，0為第i級空白收集膜的質量，g; Mpi，1為采樣后第i級收集膜的質量，g;n撞擊器細顆粒物(PM2.5)以下的分級數(shù);V為標準狀態(tài)下的采樣體積，m3。

1.2 儀器設備

試驗采用芬蘭Dekati公司生產(chǎn)PM10撞擊器，由0～10L/min流量計、旋風分離器、加熱采樣槍、溫控加熱包等設備組成，并含一個ExcelTM表，可以幫助進行數(shù)據(jù)處理。CPA225 D天平，由瑞士Sartorius公司生產(chǎn)，天平的分度值為0.01mg，天平具有自動校準功能。微電腦平行采樣儀，由青島嶗山應用技術研究所生產(chǎn)，可以自動跟蹤煙氣流速等速采樣，能測量煙氣參數(shù)。

2 測試結果和討論

2.1 測試條件

對現(xiàn)場實測的4個電廠依次編號為A、B、C、D，其中D電廠測試了7號、8號兩臺機組，各電廠的鍋爐、環(huán)保設備和試驗期間的煤質參數(shù)如下:

(1)A電廠1000MW機組。鍋爐超超臨界參數(shù)變壓運行、帶中間混合集箱垂直管圈水冷壁直流爐、單爐膛、一次中間再熱、采用八角雙火焰切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構Π型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。配置五電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫裝置。運行負荷950MW，灰分14.54%，低位發(fā)熱量19.63MJ/kg。

(2)B電廠630MW機組。鍋爐型式為亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風、單汽包、半露天煤粉爐。配置五電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫裝置。運行負荷600MW，灰分13.95%，低位發(fā)熱量21.43MJ/kg;運行負荷500MW，灰分15.30%，低位發(fā)熱量21.31MJ/kg。

(3)C電廠110MW機組高壓壓單汽包自然循環(huán)鍋爐，采用微油點火方式點火和穩(wěn)然。配置四電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫+濕式靜電除塵器。運行負荷95MW，灰分19.21%，低位發(fā)熱量19.69MJ/kg;運行負荷85MW，灰分23.76%，低位發(fā)熱量20.06MJ/kg。

(4)D電廠2×1000MW機組。鍋爐超超臨界參數(shù)變壓運行直流爐、單爐膛、切向燃燒、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型布置。配置低低溫靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫+濕式靜電除塵器。7號機組運行負荷1000MW，灰分15.21%，低位發(fā)熱量22.68MJ/kg;運行負荷750MW，灰分16.13%，低位發(fā)熱量21.87MJ/kg。8號機組運行負荷1000MW，灰分11.94%，低位發(fā)熱量22.52MJ/kg;運行負荷750MW，灰分11.39%，低位發(fā)熱量22.30MJ/kg。

測試條件:機組負荷穩(wěn)定，煤種煤質基本不變，送、引風機檔板開度變化不大，煙氣量和煙塵量均勻穩(wěn)定，且各環(huán)保設備運行穩(wěn)定正常。

2.2 測試過程

測試過程如下:先預先測量試驗斷面的煙道流速，煙氣溫度、大氣壓力、煙氣壓力，選擇一個有代表性的試驗點，用ExcelTM表計算出采樣噴嘴尺寸，再根據(jù)煙氣溫度、流量計計前溫度等計算出所需的采樣流速，可以保證采集的煙塵的空氣動力學直徑為2.5μm;連接采樣槍、旋風分離器、PM10撞擊器，保證整個采樣過程無漏氣;采樣設備都需要保溫，采樣槍加熱保溫在130℃左右，旋風分離器和PM10撞擊器保溫在130℃～150℃左右;打開流量計，開始采樣，應根據(jù)煙氣中PM2.5的濃度來確定采樣時間，以保證采集的細顆粒物的質量足夠。采樣后把收集膜和過濾膜放入烘箱中，于105℃±2℃烘干1h后，放入干燥器中冷卻0.5h后再稱重，至恒重。連續(xù)2次烘干后的質量，其差值不超過±0.04mg為滿足恒重要求，并以較大值為準。

2.3 結果分析

各電廠靜電除塵器出口PM2.5和PM10濃度(標干態(tài))測試結果見表1，脫硫入口和煙囪排放口PM2.5和PM10測試結果和相對誤差見表2。

表1 A、B、C電廠靜電除塵器出口測試結果

從表1可以看出，在A電廠相同負荷、不同測試位置時，PM2.5的測試濃度值不相同，但是在相同煙道(A煙道或者B煙道)的PM2.5的值比較接近，并且其PM2.5/PM10比值也比較接近。對于B電廠在600MW負荷下的PM2.5值基本都高于500MW負荷下的PM2.5值，600MW負荷下的PM2.5/PM10比值和500MW負荷下的比值比較相近。

如C電廠，在相同位置、相同負荷下，所測得的同組數(shù)據(jù)彼此差異較小，表現(xiàn)出該測試方法的可重復性比較好。C電廠在不同的負荷下其PM2.5的濃度值相差比較大，但其PM2.5/PM10比值基本接近。

A、B電廠的除塵器都是五電場，設計除塵效率都比較高，所以出口的PM2.5濃度都比較低，而對了C電廠，除塵器是四電場，設計效率為99.2%，所以其出口的PM2.5的濃度值比較高。隨著出口PM2.5濃度值的降低，其PM2.5/PM10比值在提高。

從A、B、C三電廠的測試數(shù)據(jù)來看，電除塵器出口的PM2.5濃度值與電除塵器的性能密切相關，PM2.5濃度值在1～40mg/m3(標態(tài)、干基)之間，而各電廠測試的相對誤差絕對平均值為13.2%，相對誤差基本上的±20%之間。

表2 D電廠脫硫入口、煙囪排口測試結果

從表2可以看出，在脫硫煙道入口出測得數(shù)值范圍同A～B電廠靜電除塵器煙道出口情況基本一致，且在低負荷工況下測得濃度低于同位點的高負荷工況。在脫硫系統(tǒng)入口煙道測量的PM2.5濃度值在0.885～2.442mg/m3之間，在煙道出口處測得的PM2.5濃度進一步降低，煙囪排口的PM2.5濃度值在0.139～0.425mg/m3之間。

在脫硫入口外測得的PM2.5/PM10比值高負荷時為75.8%，低負荷時為68.5%，到煙囪排口處測量的PM2.5/PM10比值高負荷和低負荷基本都是100%，表明經(jīng)過電除塵、脫硫系統(tǒng)、濕式靜電除塵系統(tǒng)后的煙塵基本上都是細顆粒物。

對D電廠測試的相對誤差最小值為0.00%，最大值為42.62%，其相對誤差的絕對平均值為12%。

3 結語

(1)靜電除塵器出口的PM2.5濃度值在1mg/m3～40mg/m3之間。

(2)煙囪排口的PM2.5濃度值在0.139mg/m3～0.425mg/m3之間。

(3)電除塵器出口PM2.5/PM10比值48.74%，脫硫入口的PM2.5/PM10比值為72.13%，到煙囪排口的PM2.5/PM10增加到100%。

(4)PM2.5測試的相對誤差在±20%之間。

［1］ISO 23210－2009，Stationary Source Emissions Determination Of PM10/PM2.5Mass Concentration In Flue Gas:Measurement At Low concentrations By Use Of Impactors［S］.

［2］HJ/T 93－2003，PM10采樣器技術要求及檢測方法［S］.

［3］HJ 618－2011，環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定－重量法［S］.

［4］王鵬，駱仲泱，徐飛，等.復合式靜電除塵器脫除電廠排放PM2.5研究［J］.環(huán)境科學學報，27(11):1789－1792.

［5］劉建忠，范海燕，周俊虎，等.煤粉爐PM10、PM2.5排放規(guī)律的試驗研究［J］.中國電力工程學報，2003，23(1):145－149.

［6］陳其顥，朱林，王可輝等.火電行業(yè)超細顆粒物PM2.5標準及控制技術研究進展［C］.中國電機工程學會環(huán)境保護專業(yè)委員會2012年學術研討會論文集.烏魯木齊:2012.

［7］劉智，朱法華，易玉萍，等.微顆粒聚合裝置對電除塵器去除煙塵與PM2.5的提效研究［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2014，26(1):19－21.

Determination of PM2.5in coal－fired power plant flue gas by weight method

The PM2.5(Particulate Matter 2.5)in flue gas of coal－fired power plant bring great damage to the environment and human health.So the PM2.5environmental monitoring is very important.The test principle and sampling method of PM2.5were described.Also the error analysis of test results was discussed.The study results indicated that the relative errors of this test method were between±20%.

coal－fired power plant;particulate Matter 2.5(PM2.5);test method;relative error

X701.2

B

1674－8069(2015)05－057－03

2015-03-12;

:2015-05-19

易玉萍(1965-)，女，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。E－mail:yiyuping65@163.com