白慧賓，呂子嘯

（中綠環(huán)保科技股份有限公司，山西 太原 030024）

空氣中的懸浮顆粒物也稱為粉塵，能較長時間懸浮于大氣中，并被人或動物吸入體內甚至進入肺部從而對身體構成較大危害。特別是近年來爆發(fā)的PM2.5/PM10污染，由于危害大、治理難而備受人們關注。目前我國環(huán)境問題仍然很嚴峻，根據中國歷年環(huán)境統(tǒng)計公報數據可知，雖然近年來主要大氣污染物排放量有所下降，但排放量依然巨大，其中電力、鋼鐵、水泥、建材、焦化等行業(yè)是主要工業(yè)排放源，其中顆粒物質量濃度在很大程度上影響大氣PM2.5/PM10的數值。隨著國家在各個層面上對空氣質量的重視，固定污染源顆粒物的排放限值在逐年下降，已經達到10 mg/m3甚至低于5 mg/m3。

顆粒物在線監(jiān)測技術根據工況煙氣的干、濕可分為兩大類：顆粒物直接監(jiān)測（適用于干煙氣） 和顆粒物抽取后監(jiān)測（適用于濕煙氣）[1]。2015 年以前國內主流監(jiān)測顆粒物質量濃度的方法是原位式激光后散射法或者透射式消光法，此類方法在低質量濃度顆粒物的測量應用上適應性差，且受煙氣濕度影響大，在飽和濕煙氣中，水汽也會產生散射光或者消光，導致顆粒物質量濃度測量結果偏大，因此近年來已陸續(xù)被抽取式激光前向散射法替代。

抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)基于抽取式激光前向散射技術，采用采樣探頭、伴熱管線、測量室三級聯動加熱，確保系統(tǒng)溫度高于結露溫度，防止水蒸氣冷凝，進而消除飽和濕煙氣中水汽對顆粒物測量的影響，適合飽和濕煙氣環(huán)境下的顆粒物質量濃度監(jiān)測。

1 出廠前對傳感器比對檢定

1.1 以塵箱為比對用試驗裝置

以濾膜稱重法作為溯源方法，建立了顆粒物檢定裝置。顆粒物檢定裝置由發(fā)塵裝置（煤粉）、不銹鋼風筒、送風機、排風機、靜電除塵器、采樣裝置、電控部分及氣源組成。通過人工模擬各種質量濃度的顆粒物環(huán)境來檢定顆粒物測量系統(tǒng)。

現有的直讀式顆粒物儀表大都利用光散射法原理來進行測量，顆粒物儀表對相同質量濃度、不同顏色、不同密度顆粒物的測試結果有較大的差異。根據大量試驗和數據分析，認為干燥煤粉是理想的顆粒物試驗對象，具有很好的代表性，并且作為耗材經濟成本很低。

使用優(yōu)質煤為原料，經過長時間的低溫干燥、粉碎、研磨，選擇平均顆粒物直徑10 μm 以下的精細顆粒物作為標準顆粒物，使用Mastersizer 2000 激光粒徑分析儀在濕法條件下測得D10=1.658 μm，D50=5.748 μm，D90=12.012 μm，體積平均顆粒物直徑為6.323 μm[2]，而工業(yè)除塵后所排放顆粒物直徑在0.5～10 μm 之間，因此能較好地與現場環(huán)境保持一致。比對用試驗裝置能夠穩(wěn)定發(fā)塵，顆粒物質量濃度范圍為0～50 mg/m3，滿足使用要求。

1.2 傳感器比對檢定方法

抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)的顆粒物質量濃度出廠量程設定為15 mg/m3，因此在0～15 mg/m3量程范圍內均勻選取4 個點進行稱重比對（4 個點的顆粒物質量濃度分別為2 mg/m3，6 mg/m3，10 mg/m3，14 mg/m3）。塵箱發(fā)塵6 mg/m3，比對塵箱直讀式顆粒物儀表質量濃度顯示值和系統(tǒng)粉塵儀傳感器讀數值，發(fā)塵穩(wěn)定后計算并第一次修改傳感器k值，使系統(tǒng)測量值匹配塵箱直讀式顆粒物儀表質量濃度顯示值，示值誤差率控制在±5%以內。

利用塵箱標定4 組數據對分別為2 mg/m3，6 mg/m3，10 mg/m3，14 mg/m3，當塵箱發(fā)塵穩(wěn)定后，持續(xù)采樣，保證塵箱濾膜增重約1 mg，采用標準方法稱量濾膜并計算得到發(fā)塵質量濃度和傳感器對應讀數值，得到4 組數據對。

數據對數量N=4，其中4 組抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)測量均值分別為3.33 mg/m3，5.15 mg/m3，11.96 mg/m3，14.1 mg/m3，且4 組塵箱濾膜稱重計算質量濃度分別為2.393 mg/m3，4.151 mg/m3，10.159 mg/m3，11.425 mg/m3。此外，理論空氣過剩系數為1.4；排放限值為120 mg/m3；測量均值為3.52 mg/m3；Un（75）=1.17；Vf=1.316 5。

線性回歸方程為y=0.850 327 73x-0.310 579 95；線性回歸方程相關系數R=99.849%；置信區(qū)間半寬ICI=0.640 915 703；ηCI=18.229%；允許區(qū)間半寬ITI=0.460 451 162；ηTI=13.096%。

將4 組數據對輸入“抽取式粉塵儀塵箱標定自動計算表格”，計算出修正后K=0.85，b=-0.31，并將修正后的K值和b值寫入粉塵儀傳感器。

1.3 出廠質量檢驗

出廠前，質檢部門需對抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)進行塵箱比對驗收。利用塵箱標定20%滿量程、50%滿量程、80%滿量程3 組數據，計算示值誤差率，示值誤差率應不超過±20%，示例6 號的顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)出廠質量檢驗記錄結果見表1。判定結果為：示值誤差率＜20%，合格。

2 固定污染源排放現場顆粒物測量比對

HJ 76—2017 固定污染源煙氣（SO2，NOX，顆粒物） 排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法[3]標準規(guī)定了顆粒物在現場的相關校準，采用參比方法與煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（Continuous Emission Monitoring System，CEMS） 同步測量煙氣中顆粒物質量濃度，取相同時間區(qū)間且相同狀態(tài)的測量結果，組成若干數據對，通過建立數據對之間的相關曲線，用參比方法校準顆粒物CEMS[3]。

表1 顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)出廠質量檢驗記錄

2.1 調整工況顆粒物質量濃度的方法

HJ 76—2017 固定污染源煙氣（SO2，NOX，顆粒物） 排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法[3]標準規(guī)定了3 個測量范圍，0～50%滿量程、25%～75%滿量程、50%～100%滿量程。調整工況顆粒物質量濃度的有3 種方法：一是改變過程操作條件；二是改變顆粒物治理設備運行參數；三是顆粒物加標。

現場顆粒物監(jiān)測設備安裝在電廠布袋除塵、脫硫和濕式靜電除塵之后，正常工況顆粒物質量濃度為0.2～1 mg/m3，關閉濕式靜電除塵后顆粒物質量濃度為1.5～2.5 mg/m3，采取關閉脫硫或調整其他工況參數已無法使煙道排放顆粒物質量濃度發(fā)生改變，于是采用手工顆粒物加標的方法實現工況顆粒物質量濃度的調整。手工顆粒物加標所選用的加標物質為電廠灰?guī)斓姆勖夯?，用容器進行收集，使用壓縮空氣吹入煙道內，吹入口需設置在抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝點位的前端，可通過調節(jié)壓縮空氣的氣量大小來控制煙道內顆粒物質量濃度。

2.2 現場系統(tǒng)K 值和b 值的計算

通過手工顆粒物加標，調整煙道內顆粒物質的質量濃度，共形成4 種不同顆粒物質量濃度的工況， 分別為 0.57 ～0.65 mg/m3， 2.19 ～2.63 mg/m3，7.79～8.43 mg/m3，10.11～11.38 mg/m3，在每個區(qū)間段同步采用超低顆粒物采樣槍進行濾膜采樣，每個區(qū)間段采樣4～7 個濾膜，共進行了23 次濾膜采樣。第75 頁表2 為手工稱重與抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)數據的校準結果比對。濾膜收集后，在實驗室進行稱重前預處理，然后使用十萬分之一的天平（絕對精度分度值達到0.01 mg） 進行稱重。使用標準稱重法計算出煙道實際顆粒物質量濃度，然后針對有效的23 個數據對，利用SLOPE 函數和INTERCEPT 函數計算23 組數據對的一次項系數K值和常數項b值，最終求得K=1.61，b=-1.088，并將修正后的K值和b值寫入系統(tǒng)的粉塵儀傳感器。

表2 手工稱重與抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)數據的校準結果比對

2.3 現場系統(tǒng)K 值和b 值的分析

數據對數量N=23；理論空氣過剩系數為1.4；排放限值為20 mg/m3；測量均值為14.38 mg/m3；Un（75）=1.175；Vf=1.346。

線性回歸方程為y=1.611x-1.09；線性回歸方程相關系數R=0.979；置信區(qū)間半寬ICI=0.595；ηCI=4.1%；允許區(qū)間半寬ITI=2.169；ηTI=15.1%。

從手工稱重與抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)數據的比對結果可以看出，稱重法計算的顆粒物質量濃度數據大于抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)的在線監(jiān)測質量濃度數據，從而導致計算結果的K值較大，為1.61。出現這種結果是由于煙道內含有一定比例的固體可凝結顆粒物。固定污染源排放的顆粒物不僅包括直接以固體或液體顆粒物存在于煙氣中的可過濾顆粒物，還包括煙氣溫度下為氣態(tài)、從煙道中排出進入大氣環(huán)境后短時間內凝結為固體或液體顆粒的可凝結顆粒物[4]。這種可凝結顆粒物有一部分會被采樣濾膜收集到；但抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)有所不同，該系統(tǒng)基于加熱環(huán)境下的激光散射法原理，可凝結顆粒物通過激光時不會產生散射信號，也就是說抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)無法測量煙道內可凝結顆粒物，因此23 組數據對中，采用稱重法的顆粒物質量濃度數據會偏高。

3 結論

抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)在出廠前需要進行塵箱比對，以檢定其計量功能，應盡可能在全量程范圍內均勻選取多點，以提高傳感器的一次項系數和常數項的準確度。

現場安裝后，還需調整工況的顆粒物質量濃度變化，手動采樣稱重計算顆粒物質量濃度，按照HJ 76—2017 固定污染源煙氣（SO2，NOX，顆粒物） 排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法標準進行現場系統(tǒng)K值和b值的確定。K值和b值經過兩次校準，抽取式顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)才能較真實地反映工況顆粒物質量濃度。