駱建友，趙勝清，劉含笑，朱少平，許東旭，方小偉

(浙江菲達環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800)

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，電力需求和供應也持續(xù)增長，但隨之而來的大氣環(huán)境污染問題也日益嚴峻，如大中城市的霧霾、酸雨等災害性天氣頻發(fā)，嚴重影響了城市居民的健康工作和生活。在影響大氣能見度的粒子中，PM2.5占有極其重要的主導地位，研究表明，燃煤電廠排放的雖僅占全國排放總量的10%～20%[1]，但其排放總量數(shù)字龐大。根據(jù)能源局公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2011年底，全國火電總裝機容量為7.63億kW。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2012年底，國內(nèi)約有5.3億kW機組的除塵設備需要在2014年6月底前改造完成，且“十二五”期間新增火電裝機2.63億kW。保守估計，燃煤電廠排放的PM2.5總量將在100萬t以上。

燃煤電廠針對PM2.5治理有多種技術(shù)路線，如微顆粒捕集增效技術(shù)、濕式電除塵技術(shù)等，但如何對其PM2.5脫除性能進行評價，對煙囪入口PM2.5進行現(xiàn)場測量，是目前煙塵測試工作中的熱點和難點。本文利用ELPI和DPI對泰州電廠WFGD后煙氣中PM2.5進行測試研究，并對兩種測試結(jié)果進行比較，旨在摸索一種科學合理的PM2.5現(xiàn)場測試技術(shù)和方法。

1 試驗方法概述

固定污染源的PM2.5(一次顆粒物)測試，國內(nèi)尚無相關(guān)標準，按照測試機理不同，可分為重量法、電荷法、光學法。ISO 23210:2009、ISO/DIS 13271:2011、美國EPA method 201A、日本JIS K 0302等測試方法均以重量法作為標準。重量法較為直觀可靠，可以作為驗證其它方法是否準確的標桿，但在煙塵濃度較低時，該方法需要的采樣時間較長，且人工稱重程序比較繁瑣費時。電荷法是通過測量顆粒物所帶的電荷量來確定其質(zhì)量。這種方法非常快捷，可以實時得到顆粒物的質(zhì)量濃度，直接測量值是顆粒個數(shù)濃度值，質(zhì)量濃度是通過個數(shù)乘上體積和密度后獲得，為兩次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，精度稍差。

2 主要測試儀器

本文利用ELPI和DPI對泰州電廠WFGD后煙氣中PM2.5進行測試研究，其中ELPI屬于電荷法測試儀器，DPI屬于重量法測試儀器。ELPI、DPI及相關(guān)附屬儀器，如圖1、2所示。

圖1 ELPI外觀結(jié)構(gòu)

圖2 DPI沖擊器

ELPI和DPI采樣原理是相同的，都是采用沖擊法對不同粒徑的顆粒物進行分級收集。ELPI沖擊器分為12級，每級沖擊器均對應一個靜電計和電流放大器，可以測量捕集到該級沖擊板上的顆粒物所帶電荷值，并根據(jù)電荷值自動計算出該級顆粒物濃度；DPI分為3級，收集到顆粒后通過稱重法確定顆粒物的濃度。

3 ELPI現(xiàn)場測試

現(xiàn)場環(huán)境較復雜，應首先對儀器設備進行預連接，對煙道測孔進行適當處理，并確定氣源、電源位置。ELPI布置方式如圖3所示(此處采用一級稀釋器)。通過測量煙道內(nèi)煙氣流速、溫度、濕度等參數(shù)確定采樣嘴口徑。

圖3 ELPI布置方式

本文嘗試了在WFGD出口煙道處測試煙氣中的PM2.5。針對這種高濕度、低濃度煙氣環(huán)境，研究ELPI的適用性。結(jié)果采用多次測量取平均值的方法，每次采樣約5min，兩次采樣的時間間隔約10min。高溫稀釋器前壓力計讀數(shù)為100.0～101.0Pa，查表(DILUTER DATA SHEET 60444)得稀釋比為8.7，煤灰顆粒物密度取2.1 g/cm3(文獻參考值)。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，結(jié)果分別如表1，圖4所示，數(shù)據(jù)具有較好的重復性，工況1～4各測試結(jié)果偏差不大。ELPI不僅可以測量PM2.5質(zhì)量濃度，還可以得到0.01～10μm間不同粒徑顆粒的個數(shù)濃度分布，且可以瞬時讀取數(shù)據(jù)，提高測試效率。

表1 測試結(jié)果

采用一級稀釋器，煙氣流速：12.5 m/s，溫度：86℃時，脫硫出口煙塵中PM1個數(shù)濃度：217252個/cm3，質(zhì)量濃度：0.5872

mg/m3；PM2.5個數(shù)濃度：218009個/cm3，質(zhì)量濃度：1.26536 mg/m3；PM10個數(shù)濃度：218033個/cm3，質(zhì)量濃度：2.5115 mg/m3。

圖4 測試結(jié)果

用DPI測量不使用旋風切割器，DPI測試系統(tǒng)連接如圖5所示，將采樣咀置于煙道中間，迎煙氣來流方向，采用自動煙塵(氣)測試儀(嶗應3012H型)泵。采樣槍加熱到140℃，DPI撞擊器加熱到120℃，保證采樣過程中3級撞擊器內(nèi)均無水分。

圖5 DPI測試系統(tǒng)

4 測試方法總結(jié)及建議

由于煙氣濕度較大，測試過程中需要避免水滴和冷凝水的影響，因此需要煙氣稀釋、加熱、保溫等裝置，減小水滴和冷凝水的影響，而WFGD后煙塵濃度較低，鑒于ELPI撞擊器對煙塵濃度有最低測量限值，稀釋比不能過大，這給測量帶來了很大困難。在這種低濃度、高濕度煙氣環(huán)境下采用ELPI進行測試，需進一步探討如何最大限度降低水滴和冷凝水對測量數(shù)據(jù)的影響。

建議在允許濃度范圍內(nèi)適當提高稀釋比，并嘗試對多種稀釋比條件進行數(shù)據(jù)標定，擴大稀釋比調(diào)節(jié)范圍。給ELPI撞擊器增設保溫裝置，同時增加煙氣干燥設備等，避免水滴進入撞擊器及水蒸汽在撞擊器內(nèi)冷凝。

[1]趙 瑜.中國燃煤電廠大氣污染物排放及環(huán)境影響研究[D].北京:清華大學，2008.

[2]龍正偉，姚 強.用ELPI測量顆粒物的分級荷電量[J]，工程熱物理學報,2006,27(2):354-356.

[3]趙 兵，姚 剛.燃煤細顆粒和顆粒團動力學特性的比較[J]，中國電機工程學報,2007,27(8):1-4.

[4]陳厚濤，趙 兵.燃煤飛灰超細顆粒物聲波團聚清除的實驗研究[J].中國電機工程學報,2007,27(35):29-32.