固定污染源排放低濃度顆粒物監(jiān)測(cè)方法研究

羅四國劉真貞王國貴全繼紅陶駿王強(qiáng)楊凱田一平*

（1湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 湖北武漢 430072 2中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站 北京 100012）

1 引言

GB/T16157-1996《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》規(guī)范了應(yīng)用采樣管結(jié)合濾筒采樣對(duì)固定污染源排氣中顆粒物的測(cè)定，該方法仍是目前手工監(jiān)測(cè)顆粒物的經(jīng)典方法。然而，依照此方法手工監(jiān)測(cè)低濃度顆粒物時(shí)存在以下缺陷：（1）當(dāng)顆粒物濃度低于50 mg/m3時(shí)，濾筒采集顆粒物的時(shí)間要求相對(duì)延長（不低于30min），經(jīng)過烘干、稱重的濾筒長時(shí)間在低溫高濕的環(huán)境內(nèi)采集顆粒物，濾筒因受潮在取拿時(shí)易破損而失重；（2）由于濾筒是由玻璃纖維一層層噴涂而成，當(dāng)長時(shí)間氣流經(jīng)過濾筒本身時(shí)，會(huì)導(dǎo)致玻璃纖維的流失甚至破損，造成濾筒本身的失重；（3）靜電除塵后排放的顆粒物往往帶有靜電，金屬制作的采樣嘴以及前彎管的內(nèi)壁容易吸附顆粒物，而造成濾筒采集顆粒物總重上的損失。要克服以上缺陷，須改進(jìn)采樣裝置。青島嶗山電子儀器總廠有限公司研發(fā)并制作了以采樣嘴、采樣彎頭和采樣膜一體化的采樣裝置，代替濾筒采集低濃度顆粒物。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)比對(duì)實(shí)驗(yàn)，該采樣裝置克服了濾筒稱重法在手工監(jiān)測(cè)低濃度顆粒物方面易出現(xiàn)的誤差，其監(jiān)測(cè)結(jié)果更趨近真值。

2 采樣嘴和前彎管及濾膜一體化采樣裝置的介紹

濾膜采樣裝置主要由彎管采樣嘴、玻璃纖維濾膜、濾網(wǎng)和鋁箔四部分組成（圖1）。其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)采樣頭、彎頭、濾膜及濾膜夾的結(jié)構(gòu)、外形尺寸、重量、材質(zhì)的要求。采樣頭采用不銹鋼彎管采樣嘴、濾膜、濾網(wǎng)為一體化設(shè)計(jì)，一起烘干、一起稱重，這樣避免了煙塵因靜電吸附在彎管采樣嘴上的稱重?fù)p失，所有進(jìn)入低濃度采樣頭的顆粒物均被捕集，從而最大程度的保證了采樣精度。低濃度采樣頭的整個(gè)部件均為304不銹鋼材料，不存在采樣頭破損等引起的失重。

圖1 采樣頭組成

2.1 采樣嘴

采樣嘴的直徑與各采樣點(diǎn)處的排氣溫度、壓力、水分含量和氣流速度等參數(shù)決定著等速條件下各采樣點(diǎn)所需的采樣流量，因此需配置一系列不同直徑的取樣嘴，以確保在較寬的流速范圍內(nèi)（3m/s至50m/s）等速跟蹤取樣，并避免樣氣流速的極端變化。

為避免干擾主氣流和取樣嘴頂端氣流的湍動(dòng)，采樣嘴設(shè)計(jì)為尖嘴狀，在采樣嘴長度允許的情況下，將采樣嘴設(shè)計(jì)為彎曲半徑至少為采樣嘴內(nèi)徑1.5倍。

2.2 濾膜網(wǎng)

為了避免濾膜介質(zhì)的損失以及采樣氣流的穩(wěn)定均勻，使用濾膜網(wǎng)來支撐濾膜，濾膜網(wǎng)的設(shè)計(jì)通常使用粗網(wǎng)過濾支架確保連接點(diǎn)處無氣體湍動(dòng)。特殊加工的濾膜支撐片直徑47mm，厚度為0.2mm。支撐片上均勻分布了4000多個(gè)0.2mm直徑的孔，這樣的結(jié)構(gòu)保證了濾膜的受力均勻性和氣流均勻性，從而實(shí)現(xiàn)濾膜的強(qiáng)度不會(huì)因?yàn)闉V膜局部受力不均而破裂。

2.3 濾膜

濾膜是采集顆粒物參與稱重的核心部位，濾膜材質(zhì)的選取尤為關(guān)鍵。濾膜材質(zhì)不應(yīng)吸收或與樣氣中的氣態(tài)化合物反應(yīng)，在最大的采樣溫度下應(yīng)是熱穩(wěn)定的。一般都是用玻璃纖維的。玻璃纖維是常用濾膜，但存在邊緣切割不好也會(huì)造成掉渣的可能，所以現(xiàn)在采用特殊加工技術(shù)所做的濾膜，基本上解決了掉渣問題。濾膜過濾效率應(yīng)大于99.5%，該效率使用液滴測(cè)試，在最大期望流率下，液滴平均直徑0.3μm，（或過濾效率應(yīng)大于99.9%，使用液滴測(cè)試，在最大期望流率下，液滴平均直徑0.6μm）。此效率應(yīng)由濾膜供應(yīng)商證實(shí)。在大體積流率下，濾膜應(yīng)由足夠的面積以確保壓力降足夠低符合指定的濾膜過濾效率。

低濃度顆粒物采樣頭是配合煙道低濃度采樣槍用的整體稱重而設(shè)計(jì)的（適用于測(cè)量煙塵濃度＜50mg/m3）（圖2）。

圖2 新型采樣頭

圖3 煙塵采樣槍的整體結(jié)構(gòu)圖

煙塵采樣槍，采用了整體稱量的低濃度采樣嘴，專為采集低濃度煙塵而設(shè)計(jì)使用玻璃纖維濾筒采集低濃度顆粒物，因濕法脫硫后煙氣濕度大，濾筒受潮易破損，且濾筒的裝、取操作也非常麻煩。現(xiàn)低濃度采樣頭設(shè)計(jì)用不銹鋼彎管采樣嘴、濾膜、濾網(wǎng)為一體，一起烘干、一起稱重，這樣減少了采樣誤差，提高了采樣精度，使整個(gè)采樣過程輕松、簡(jiǎn)單。

3 濾筒與濾膜不同采樣裝置現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

為論證濾膜采樣裝置測(cè)定低濃度顆粒物能克服慮筒采集顆粒物的損失誤差，我們選取華能陽邏電廠6號(hào)機(jī)組脫硫后出口進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，比較在低溫、高濕條件下用濾筒采樣裝置與濾膜采樣裝置測(cè)定低濃度顆粒物的區(qū)別。

3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)陽邏電廠6號(hào)機(jī)組工況該電廠6號(hào)機(jī)組設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力均為13×108kW·h/季，采用石灰石石膏濕法脫硫工藝，設(shè)計(jì)效率96%，設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為220×104m3/h，采用靜電除塵。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法及過程

3.2.1 采用兩套TH-880F煙塵平行采樣儀 (武漢天虹智能儀表廠生產(chǎn))，分別配有低濃度采樣槍和濾筒采樣槍。

3.2.2 在同一采樣口，預(yù)選嘴、測(cè)濕度后，將低濃度采樣管（槍）和濾筒采樣管（槍）插入采樣口（兩槍上下疊放在同一段面，因兩槍不在同一單點(diǎn)，煙氣流速略有不同，在采集二分之一時(shí)間段要互換上下疊放的采樣槍）。

3.2.3 分別對(duì)兩套TH-880F煙塵平行采樣儀設(shè)置相關(guān)的同樣參數(shù)，同時(shí)分別采集50min、60min各3個(gè)樣。

3.2.4 低濃度采樣管采樣頭一體化稱重

采樣后先用酒精或者丙酮，擦洗采塵管外部，然后放入105℃烘箱中烤1h，取出置于干燥皿中，冷卻至室溫，用感量0.01mg天平稱量至恒重，記錄下烘干后的終重。采樣前后整體重量之差，即為采取的顆粒物量。稱重完畢后將用過的濾膜、鋁箔更換，擦洗采樣頭內(nèi)部，采樣頭放入盒內(nèi)存儲(chǔ)。稱重過程

圖4 濾膜采樣頭稱重

3.2.5 玻璃纖維濾筒采樣后的稱重

采樣后的濾筒，放入105℃烘箱中烤1小時(shí)，取出置于干燥皿中，冷卻至室溫，用感量0.01mg天平稱量至恒重，記錄下烘干后的終重。采樣前后濾筒重量之差，即為采取的顆粒物量。3.2.6質(zhì)控措施

比對(duì)測(cè)試前，做好低濃度采樣槍和濾筒采樣槍皮托管系數(shù)的校準(zhǔn)，以保證兩套設(shè)備等速采樣體積接近；為克服系統(tǒng)誤差，兩套采樣設(shè)備采樣時(shí)各加做1個(gè)空白樣。

4 比對(duì)測(cè)試結(jié)果

4.1 采樣50min比對(duì)測(cè)試結(jié)果

?

4.2 采樣60min比對(duì)測(cè)試結(jié)果

注：濾膜紅色數(shù)據(jù)，濾筒黑色數(shù)據(jù)

圖4 陽邏電廠對(duì)比監(jiān)測(cè)

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得出如下結(jié)論：

5.1 在顆粒物濃度小于50mg/m3時(shí)，低濃度采樣裝置采集的顆粒物較濾筒采集的顆粒物濃度高，克服了因靜電吸附或?yàn)V筒破損造成的損失，監(jiān)測(cè)結(jié)果更趨近真值。

5.2 低濃度采樣裝置適用于顆粒物濃度低于50mg/m3的情況，過高濃度的顆粒物會(huì)使濾膜堵塞造成采樣泵阻力過大而無法正常抽氣。

5.3 在顆粒物濃度低于50mg/m3時(shí)，采樣時(shí)間不足20min濾筒幾乎無增重，而用低濃度采樣裝置采樣，采樣頭整體稱重樣品幾乎無損失，因此，用低濃度采樣裝置監(jiān)測(cè)低濃度顆粒物可縮短采樣時(shí)間，減少工作量。

5.4 低濃度顆粒物采樣時(shí)要精細(xì)，稱重應(yīng)使用感量0.01mg的天平，使用感量低的天平會(huì)產(chǎn)生誤差。

[1]黃祖旭,白鴿,蘇小寧.低濃度煙塵采樣技術(shù)在CEMS手工對(duì)比監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用和意義[J].2012,4(8).

[2]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/T 16157-1996[S].國家環(huán)境保護(hù)總局,北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1996.

[3]固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].國家環(huán)境保護(hù)總局,北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2007.