固定源顆粒物測(cè)試方法及誤差評(píng)述

袁建國(guó)，劉含笑，郭 鏈，酈建國(guó)（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

固定源顆粒物測(cè)試方法及誤差評(píng)述

袁建國(guó)，劉含笑，郭 鏈，酈建國(guó)
（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

闡述了固定源顆粒物自動(dòng)分析和手工分析兩種測(cè)試方法，分析了引起過濾稱重法測(cè)試誤差的因素，并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，對(duì)低濃度顆粒物測(cè)試儀器和方法進(jìn)行研究，旨在探索一種科學(xué)合理的低濃度顆粒物測(cè)試技術(shù)和方法。

燃煤電廠；總塵；固定發(fā)生源；誤差評(píng)述

引言

我國(guó)日益嚴(yán)峻的大氣污染形勢(shì)及趨嚴(yán)的國(guó)家政策、標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了我國(guó)除塵技術(shù)的迅猛發(fā)展，但同時(shí)也給我國(guó)現(xiàn)有的測(cè)試技術(shù)帶來了巨大挑戰(zhàn)，尤其近年來，隨著“超低排放”工程的陸續(xù)投運(yùn)，各單位也紛紛開展了相關(guān)研究工作，探索并發(fā)展一種適用于低濃度環(huán)境且科學(xué)合理的顆粒物測(cè)試方法迫在眉睫。

顆粒物是指在燃料的燃燒、高溫熔融和化學(xué)反應(yīng)等過程中形成的漂浮于煙氣中的顆粒物，燃煤電廠加裝濕法脫硫后，排放煙氣中的顆粒物不僅包括煙塵，而且包括濕法脫硫過程中產(chǎn)生的衍生物石膏、液體顆粒物質(zhì)等，且監(jiān)測(cè)過程中難以區(qū)分，因此本文所指煙氣中的顆粒物除特別注明外，均包括顆粒物、石膏等測(cè)試條件下以固體形式存在的顆粒物。

1　固定源顆粒物測(cè)試方法

固定源顆粒物測(cè)試有自動(dòng)分析和手工分析兩種方法，其中，自動(dòng)分析法有光學(xué)法（光散射、透射）、電荷法、β射線法等；手工分析法主要是指過濾稱重法，即通過等速采樣的方法，抽取一定體積的煙氣，將過濾裝置收集到的粉塵進(jìn)行稱重，從而換算得到煙氣中顆粒物濃度值，該方法是固定源顆粒物測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2　自動(dòng)分析法（在線監(jiān)測(cè)方法）

2.1光透射法

由于光的透視性，易于實(shí)現(xiàn)光電之間的轉(zhuǎn)換和與計(jì)算機(jī)的連接等，使得基于光學(xué)原理的測(cè)量方法能夠?qū)ξ廴驹催M(jìn)行遠(yuǎn)距離的連續(xù)測(cè)量。國(guó)外早在20世紀(jì)70年代就推出了用以測(cè)量顆粒物濃度的不透明度測(cè)塵儀（濁度計(jì)）。

光透射法是基于郎伯-比耳定理而設(shè)計(jì)的測(cè)定顆粒物濃度的儀器。當(dāng)一束光通過含有顆粒物的煙氣時(shí)，其光強(qiáng)因煙氣中顆粒物對(duì)光的吸收和散射作用而減弱。

光透射法測(cè)塵儀，分單光程和雙光程測(cè)塵儀。雙光程測(cè)塵儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用于顆粒物濃度的測(cè)定。從儀器使用的光源看，有鎢燈、石英鹵素?zé)艄庠礈y(cè)塵儀和激光光源測(cè)塵儀，激光光源有氦氖氣體激光光源和半導(dǎo)體激光光源。鎢燈光源壽命較短，半導(dǎo)體激光器（650～670nm）由于具有穩(wěn)定性高和使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)已在測(cè)塵儀上得到廣泛應(yīng)用。

2.2光散射法

光散射法利用顆粒物對(duì)入射光的散射作用測(cè)量顆粒物。當(dāng)入射光束照射顆粒物時(shí)，顆粒物對(duì)光在所有方向散射，某一方向的散射光經(jīng)聚焦后由檢測(cè)器檢測(cè)，在一定范圍內(nèi)，檢測(cè)信號(hào)與顆粒物濃度成比例。光散射法可實(shí)現(xiàn)對(duì)排放源的遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)、在線和連續(xù)測(cè)量，可直接給出煙氣中以mg/m3表示的顆粒物排放濃度。

后向散射法測(cè)塵儀是光散射法的代表產(chǎn)品，光源可采用近紅外或激光二極管，與光透射法相比，儀器安裝簡(jiǎn)單，采用煙道單面安裝。

2.3電荷法

運(yùn)動(dòng)的顆粒與插入流場(chǎng)的金屬電極之間由于摩擦?xí)a(chǎn)生等量的符號(hào)相反的靜電荷，通過測(cè)量金屬電極對(duì)地的靜電流就可得到顆粒物的濃度值。一般來說，顆粒物濃度與靜電流之間并非是線性關(guān)系，往往還受到環(huán)境和顆粒流動(dòng)特性影響。目前的研究：一是從電動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，尋找描述顆粒物濃度與靜電流之間關(guān)系的更加精確的理論計(jì)算模型；二是研究不同材料情況下顆粒摩擦生電的機(jī)理和特征。

另外，由于粉塵之間的碰撞和磨擦，粉塵顆粒也會(huì)因失去電子而帶靜電，其電荷量隨粉塵濃度、流速的變化而按一定規(guī)律變化，電荷量在粉塵的流動(dòng)中同時(shí)形成一個(gè)可變的靜電場(chǎng)。利用靜電感應(yīng)原理測(cè)得靜電場(chǎng)的大小及變化，通過信號(hào)處理，即可顯示一定粉塵濃度的數(shù)值。

2.4β射線法

β射線是放射線的一種，是一種電子流。所以在通過粉塵顆粒時(shí)，會(huì)與顆粒內(nèi)的電子發(fā)生散射、沖突而被吸收。當(dāng)β射線的能量恒定時(shí)，這一吸收量就與顆粒的質(zhì)量成正比，不受其粒徑、分布、顏色、煙氣濕度等影響。

測(cè)塵儀將煙氣中顆粒物按等速采樣方法采集到濾紙上，利用β射線吸收方式，根據(jù)濾紙?jiān)诓蓸忧昂笪咋律渚€的差求出濾紙捕集顆粒物的質(zhì)量。

2.5“超低排放”條件下的測(cè)試要求

傳統(tǒng)的光、電測(cè)塵法不需要抽氣采樣即可直接測(cè)量顆粒物濃度，但測(cè)量值受顆粒物的直徑、分布、煙氣濕度等因素的影響較大，需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濃度標(biāo)定。由于燃煤電廠在“超低排放”條件下，普遍加裝了濕法脫硫，煙氣中的液滴含量常常遠(yuǎn)高于顆粒物含量，液滴也被當(dāng)作顆粒物而被測(cè)量，因此傳統(tǒng)的光、電測(cè)塵法不能滿足“超低排放”條件下的顆粒物測(cè)量。為減少液滴對(duì)“超低排放”條件下煙氣中顆粒物測(cè)量的干擾，目前主要采用抽取煙氣并進(jìn)行加熱處理，然后采用光、電測(cè)塵法對(duì)處理后的煙氣進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量基本不受煙氣濕度的影響，但測(cè)量結(jié)果中包括了溶解在液滴中的溶解性固體。

β射線法有效避免了顆粒物顆粒大小、分布及煙氣濕度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，其測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍寬，空間分辨率高。但由于存在放射性輻射源，容易產(chǎn)生輻射泄漏，因此用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高。同時(shí)，系統(tǒng)需要增加各種屏蔽措施，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜且昂貴。β射線法一般適合于對(duì)測(cè)量有特殊要求的場(chǎng)合。

3　過濾稱重法（參比方法）

過濾稱重法是其他顆粒物濃度測(cè)定方法的校正基準(zhǔn)，是顆粒物濃度的基本測(cè)定方法，即參比方法。該方法通過采樣系統(tǒng)從排氣筒中抽取煙氣，用經(jīng)過烘干、稱重的濾筒將煙氣中的顆粒物收集下來，再經(jīng)過烘干、稱重，用采樣前后重量之差求出收集的顆粒物質(zhì)量。測(cè)出抽取的煙氣的溫度和壓力，扣除煙氣中所含水分的量，計(jì)算出抽取的干煙氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。以顆粒物質(zhì)量除以氣體標(biāo)態(tài)體積，得到顆粒物濃度。為減少顆粒物慣性力的影響，標(biāo)準(zhǔn)要求等速采樣，即采樣儀器的抽氣速度與煙道采樣點(diǎn)的煙氣速度相等。

《固定源廢氣監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T397-2007）與《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）中規(guī)定了等速采樣原則、采樣方法以及維持等速采樣的預(yù)測(cè)流速采樣法、動(dòng)壓平衡采樣法、靜壓平衡采樣法和皮托管平行測(cè)速采樣法等4種方法。由于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定較早（當(dāng)時(shí)的顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)限值較為寬松），稱重的天平感量為0.1mg，已不能適應(yīng)目前對(duì)低濃度顆粒物的測(cè)試要求。

過濾稱重法的采樣、稱重過程均較復(fù)雜，引起誤差的因素和環(huán)節(jié)也較多，若不注意，很可能會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.1采樣誤差

（1）采樣點(diǎn)

選取采樣點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量保證采樣點(diǎn)處煙氣流速平穩(wěn)，顆粒物濃度均勻。但在實(shí)際中，由于慣性和煙道形狀的影響，煙道顆粒物的分布通常是不均勻?qū)ΨQ的，且個(gè)別測(cè)孔與彎頭等擾流源距離較近，流場(chǎng)處于擾流狀態(tài)，流速及顆粒物濃度分布極不均勻，這會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。

（2）采樣儀器

顆粒物測(cè)試包括現(xiàn)場(chǎng)各參數(shù)及顆粒物樣品的獲取等，包含多種儀表，任何一種裝置或儀表不準(zhǔn)確，都會(huì)引起多項(xiàng)測(cè)試結(jié)果失真。測(cè)試單位應(yīng)對(duì)所用儀器定時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)檢驗(yàn)，以保證儀器性能和測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（3）采樣濾筒

濾筒的質(zhì)量直接影響顆粒物濃度測(cè)試的準(zhǔn)確性，質(zhì)量差的濾筒可能存在脫毛、裂紋、孔隙等損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低。因此，采樣前需對(duì)濾筒進(jìn)行針孔檢查、重量篩選、失重處理等，剔除不合格的濾筒。

3.2稱重誤差

首先是天平感量，天平感量越低，稱量的質(zhì)量就可以越小，適合采集樣品量較少的稱量。煙氣“超低排放”情況下，能夠采樣的樣品量較少，應(yīng)采用感量0.01mg的電子天平。我國(guó)現(xiàn)有固定源顆粒物排放測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的天平感量均是0.1mg，因此不適用“超低排放”情況下煙氣中的顆粒物測(cè)試。其次，天平稱重本身就有估讀的數(shù)值，樣品重量越接近天平感量，估讀引起的稱量誤差也就越大，應(yīng)首先保證采集足夠的樣品，重量足夠大。再次，一般顆粒物采樣用的濾筒稱重和采樣后的稱重往往間隔幾天或更長(zhǎng)時(shí)間，因此，天平的游移、稱重部件的溫度不均衡、稱量環(huán)境的溫度、濕度、壓力等變化均可能引起稱量誤差。低濃度顆粒物測(cè)試的天平最好放置在恒溫、恒濕環(huán)境中。

3.3人為操作誤差

過濾稱重方法的整個(gè)采樣、稱重和計(jì)算過程均需要測(cè)試人員操作或執(zhí)行，因此，測(cè)試人員操作儀器是否得當(dāng)，是否按照標(biāo)準(zhǔn)方法、操作經(jīng)驗(yàn)等，都會(huì)影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，造成人為操作誤差。

4　低濃度顆粒物現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究

舟山電廠4號(hào)機(jī)組為國(guó)內(nèi)首套采用濕式電除塵器的“超低排放”工程，濕式除塵器的出口顆粒物濃度要求≤5mg/m3，課題組采用大流量自動(dòng)顆粒物采樣儀（采樣流量：10～100L/min）進(jìn)行顆粒物采樣和煙氣量測(cè)定，儀器如圖1所示，用進(jìn)口的石英纖維濾筒作為收塵裝置，在濕式電除塵器進(jìn)出口的測(cè)試點(diǎn)上根據(jù)等速取樣原理進(jìn)行采樣，每組采樣時(shí)間不小于2小時(shí)，用十萬分之一天平進(jìn)行稱重，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，其中，濕式除塵器出口顆粒物濃度測(cè)試結(jié)果與浙江省環(huán)境檢測(cè)中心測(cè)試數(shù)據(jù)接近。

圖1　大流量自動(dòng)顆粒物采樣儀

圖2　測(cè)試結(jié)果

5　結(jié)語

燃煤電廠煙氣“超低排放”是我國(guó)大氣環(huán)保治理的一個(gè)重要課題，低濃度顆粒物的測(cè)定是必需的技術(shù)手段。我國(guó)尚未制訂有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)固定污染源低濃度顆粒物的測(cè)試方法進(jìn)行了綜述，并開展了燃煤電廠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究，可為我國(guó)燃煤電廠低濃度顆粒物標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法的選取提供一定的參考。

［1］ GB/T 16157-1996，固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法［S］.1996.

［2］ GB/T 13931-2002，電除塵器 性能測(cè)試方法［S］.2002.

［3］ HJ/T 397-2007，固定源廢氣檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.2007.

［4］ HJ/T 75-2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.2007.

［5］ ISO 12141-2002，Stationary source emissions-Determination of mass concentration of particulate matter（dust）at low concentrations-Manual gravimetric method ［S］.2002.

［6］ ASTM D6331-13，Standard Test Method for Determination of Mass Concentration of Particulate Matter from Stationary Sources at Low Concentrations （Manual Gravimetric. （Method）［S］. 2013.

Testing Method and Error Comment of Stationary Source Particulate Matters

YUAN Jian-guo， LIU Han-xiao， GUO Lian， LI Jian-guo

X831

A

1006-5377（2016）08-0022-03