朱少平，劉含笑，酈建國，陳 黎，方小偉，余順利，夏曉云，酈冰峰

（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 311800）

隨著我國城市化和工業(yè)化進(jìn)程日益加快，PM2.5污染已成為突出的環(huán)境問題，燃煤電廠排放的PM2.5雖僅占全國排放總量的10%～20%，但其排放總量龐大。我國尚未制訂固定發(fā)生源煙氣中PM2.5測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，如何檢測(cè)燃煤電廠PM2.5排放是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)［1－2］。

按照檢測(cè)PM2.5機(jī)理不同，可分為重量法、電荷法、光學(xué)法。電荷法是通過測(cè)量顆粒物所帶的電荷量來確定其質(zhì)量，非?？旖?，可實(shí)時(shí)得到顆粒物的質(zhì)量濃度，方便工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采用電荷法的典型儀器是電子低壓沖擊器（ELPI）。本文利用ELPI對(duì)燃煤電廠排放PM2.5進(jìn)行測(cè)試研究，并分別嘗試采用一級(jí)稀釋器和兩級(jí)稀釋器進(jìn)行測(cè)試比較，旨在摸索一種科學(xué)合理的PM2.5工程測(cè)試技術(shù)和方法。

1 ELPI檢測(cè)原理

ELPI能夠?qū)晌腩w粒物進(jìn)行自動(dòng)采樣，在線測(cè)量可吸入顆粒物的數(shù)量濃度和粒徑分布，具有在線監(jiān)測(cè)和采集樣品功能［1］。

ELPI的檢測(cè)原理為：含有顆粒物的氣流首先通過一個(gè)PM10的切割器，去除大于10μm的顆粒，而小于10μm的顆粒物在進(jìn)入撞擊器前首先通過荷電器荷電，然后氣流從上而下通過每一級(jí)撞擊器，經(jīng)慣性分離將顆粒物由大到小分成12級(jí)，氣流經(jīng)最后一級(jí)的導(dǎo)流管排出撞擊器。每級(jí)撞擊器均對(duì)應(yīng)有一個(gè)靜電計(jì)和電流放大器來測(cè)量捕集到該級(jí)撞擊板上的顆粒物所帶電流值，由此電流值自動(dòng)計(jì)算出顆粒物濃度。ELPI的響應(yīng)時(shí)間是2～3 s，故支持在線測(cè)量。

ELPI通過檢測(cè)電流信號(hào)換算顆粒數(shù)量濃度，顆粒經(jīng)荷電器荷電后撞擊鋁膜產(chǎn)生電流信號(hào)，每級(jí)撞擊器配有電流探針，電流信號(hào)放大后傳輸?shù)教幚碥浖校瑪?shù)濃度的表達(dá)式為：

式中：d N為第i級(jí)撞擊器上測(cè)得該粒徑段的顆粒數(shù)濃度，個(gè)／cm3；Ii為該級(jí)撞擊器上電流探針檢測(cè)的電流值，f A；Xi為轉(zhuǎn)換系數(shù)；Dis為斯托克斯粒徑，μm；F、Fcalibration分別表示通過撞擊器的實(shí)際流量和校準(zhǔn)流量值。

式中：d M為第i級(jí)撞擊器上測(cè)得該粒徑段的顆粒質(zhì)量濃度，mg／Nm3；ρ表示顆粒的真密度值，kg／m3。

數(shù)濃度換算質(zhì)量濃度的表達(dá)式為：

2 ELPI測(cè)試設(shè)備連接

利用ELPI進(jìn)行600 MW機(jī)組濕法脫硫（FGD）后PM2.5的數(shù)濃度、質(zhì)量濃度測(cè)試的主要流程：首先對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行預(yù)連接，再適當(dāng)處理FGD出口煙道測(cè)孔，并確定氣源、電源位置，分別嘗試一級(jí)稀釋器、兩級(jí)稀釋器和不加稀釋器3種方案對(duì)大氣和煙氣進(jìn)行采樣，并比較數(shù)據(jù)范圍。最終確定采用一級(jí)稀釋器、兩級(jí)稀釋器測(cè)試方案，切割器加熱到120～150℃，一級(jí)稀釋器加熱到80℃，壓縮空氣加熱到90℃。ELPI測(cè)試設(shè)備連接如圖1所示。

3 測(cè)量結(jié)果

3.1 采用兩級(jí)稀釋

揚(yáng)州第二發(fā)電廠鍋爐負(fù)荷為600 MW，用煙塵采樣儀測(cè)試煙氣流速為18 m／s，溫度為55℃，查表得稀釋比約為74（8.7×8.5），煤灰顆粒密度取文獻(xiàn)參考值［3］，即2.1 g／cm3。為提高測(cè)試精度，采用多次測(cè)試取平均值的方法。兩級(jí)稀釋共測(cè)試7組數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖1 測(cè)試設(shè)備連接示意

由表1可知，采用兩級(jí)稀釋器，多次測(cè)試結(jié)果一致性較好。經(jīng)計(jì)算，脫硫出口煙塵中PM1數(shù)量濃度為290341個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為0.223 mg／m3；PM2.5數(shù)量濃度為290799個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為0.5402 mg／m3；PM10數(shù)量濃度為291007個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為6.8703 mg／m3。

3.2 采用一級(jí)稀釋

在相同負(fù)荷、相同煙氣條件下，ELPI一級(jí)稀釋器，查表得稀釋比為8.7，煤灰顆粒密度取2.1 g／cm3。ELPI采用一級(jí)稀釋共測(cè)試3組數(shù)據(jù)，如表2所示。

由表2可知，采用一級(jí)稀釋器，多次測(cè)試結(jié)果一致性較好。經(jīng)計(jì)算，脫硫出口煙塵中PM1數(shù)濃度為289762個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為0.4594 mg／m3；PM2.5數(shù)濃度為290122個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為0.7586 mg／m3；PM10數(shù)濃度為290154個(gè)／cm3，質(zhì)量濃度為2.7774 mg／m3。

4 數(shù)據(jù)分析

表1 ELPI采用兩級(jí)稀釋器時(shí)測(cè)試結(jié)果

下面分別將兩級(jí)稀釋和一級(jí)稀釋的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將各測(cè)量工況數(shù)據(jù)取平均值，兩種稀釋比條件下各級(jí)顆粒數(shù)量濃度曲線如圖2所示。

表2 ELPI采用一級(jí)稀釋器時(shí)測(cè)試結(jié)果

圖2 顆粒數(shù)濃度曲線

由圖2可知，兩種稀釋比測(cè)得顆粒數(shù)濃度粒徑分布規(guī)律基本一致，只在較大粒徑段有些差異，但這種差異基本保持在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，是由測(cè)量誤差所致。

比較兩種稀釋比條件下PM1、PM2.5、PM10的數(shù)濃度如圖3所示，質(zhì)量濃度如圖4所示。

圖3 PM1、PM2.5、PM10數(shù)濃度柱狀圖

圖4 PM1、PM2.5、PM10質(zhì)量濃度柱狀圖

由圖3和圖4可知，采用兩級(jí)稀釋測(cè)得PM1、PM2.5、PM10數(shù)濃度結(jié)果均小于一級(jí)稀釋；對(duì)于質(zhì)量濃度，采用兩級(jí)稀釋測(cè)得PM1、PM2.5結(jié)果小于一級(jí)稀釋，而PM10測(cè)量結(jié)果卻大于一級(jí)稀釋。這是因?yàn)椴捎脙杉?jí)稀釋時(shí)第10、11級(jí)沖擊器顆粒數(shù)濃度較多引起的。

濕法脫硫后煙氣濕度較大，測(cè)試過程中需要避免水滴和冷凝水的影響，因此需要設(shè)煙氣稀釋、加熱、保溫等裝置，減小水滴和冷凝水的影響。而稀釋比越大，水滴對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響越小，但同時(shí)空氣稀釋會(huì)造成部分顆粒損失，使大稀釋比測(cè)試結(jié)果小于小稀釋比時(shí)測(cè)試結(jié)果。因此實(shí)際測(cè)試過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況（主要是煙氣濕度）選擇合適的稀釋比，以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

1）測(cè)試采用多次測(cè)試取平均值的方法，提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，且多次測(cè)試數(shù)據(jù)一致性較好。

2）兩種稀釋比測(cè)得顆粒數(shù)濃度粒徑分布規(guī)律基本一致。

3）采用兩級(jí)稀釋測(cè)得PM1、PM2.5、PM10數(shù)濃度結(jié)果均小于一級(jí)稀釋；對(duì)于質(zhì)量濃度，采用兩級(jí)稀釋測(cè)得PM1、PM2.5結(jié)果小于一級(jí)稀釋，而PM10測(cè)量結(jié)果卻大于一級(jí)稀釋。

［1］ 寧愛民，文軍浩，鄭德智，等.PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)及其比對(duì)測(cè)試研究進(jìn)展［J］.計(jì)測(cè)技術(shù)，2013，33（4）：11-14.

［2］ 劉含笑，姚宇平，酈建國，等.PM2.5團(tuán)聚測(cè)量技術(shù)及其研究進(jìn)展［J］.電力與能源，2013（4）：118-123.

［3］ 劉含笑，姚宇平，酈建國，等.燃煤煙氣的PM2.5現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)研究［C］.第十五屆中國電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2013.