電子低壓沖擊器不同稀釋比對PM2.5排放測試的影響

朱少平，劉含笑，酈建國，陳 黎，方小偉，余順利，夏曉云，酈冰峰

（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 311800）

隨著我國城市化和工業化進程日益加快，PM2.5污染已成為突出的環境問題，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生源煙氣中PM2.5測定的標準方法，如何檢測燃煤電廠PM2.5排放是目前研究的熱點和難點［1－2］。

按照檢測PM2.5機理不同，可分為重量法、電荷法、光學法。電荷法是通過測量顆粒物所帶的電荷量來確定其質量，非常快捷，可實時得到顆粒物的質量濃度，方便工程現場測試，采用電荷法的典型儀器是電子低壓沖擊器（ELPI）。本文利用ELPI對燃煤電廠排放PM2.5進行測試研究，并分別嘗試采用一級稀釋器和兩級稀釋器進行測試比較，旨在摸索一種科學合理的PM2.5工程測試技術和方法。

1 ELPI檢測原理

ELPI能夠對可吸入顆粒物進行自動采樣，在線測量可吸入顆粒物的數量濃度和粒徑分布，具有在線監測和采集樣品功能［1］。

ELPI的檢測原理為：含有顆粒物的氣流首先通過一個PM10的切割器，去除大于10μm的顆粒，而小于10μm的顆粒物在進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撞擊器，經慣性分離將顆粒物由大到小分成12級，氣流經最后一級的導流管排出撞擊器。每級撞擊器均對應有一個靜電計和電流放大器來測量捕集到該級撞擊板上的顆粒物所帶電流值，由此電流值自動計算出顆粒物濃度。ELPI的響應時間是2～3 s，故支持在線測量。

ELPI通過檢測電流信號換算顆粒數量濃度，顆粒經荷電器荷電后撞擊鋁膜產生電流信號，每級撞擊器配有電流探針，電流信號放大后傳輸到處理軟件中，數濃度的表達式為：

式中：d N為第i級撞擊器上測得該粒徑段的顆粒數濃度，個／cm3；Ii為該級撞擊器上電流探針檢測的電流值，f A；Xi為轉換系數；Dis為斯托克斯粒徑，μm；F、Fcalibration分別表示通過撞擊器的實際流量和校準流量值。

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

數濃度換算質量濃度的表達式為：

2 ELPI測試設備連接

利用ELPI進行600 MW機組濕法脫硫（FGD）后PM2.5的數濃度、質量濃度測試的主要流程：首先對儀器設備進行預連接，再適當處理FGD出口煙道測孔，并確定氣源、電源位置，分別嘗試一級稀釋器、兩級稀釋器和不加稀釋器3種方案對大氣和煙氣進行采樣，并比較數據范圍。最終確定采用一級稀釋器、兩級稀釋器測試方案，切割器加熱到120～150℃，一級稀釋器加熱到80℃，壓縮空氣加熱到90℃。ELPI測試設備連接如圖1所示。

3 測量結果

3.1 采用兩級稀釋

揚州第二發電廠鍋爐負荷為600 MW，用煙塵采樣儀測試煙氣流速為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參考值［3］，即2.1 g／cm3。為提高測試精度，采用多次測試取平均值的方法。兩級稀釋共測試7組數據，如表1所示。

圖1 測試設備連接示意

由表1可知，采用兩級稀釋器，多次測試結果一致性較好。經計算，脫硫出口煙塵中PM1數量濃度為290341個／cm3，質量濃度為0.223 mg／m3；PM2.5數量濃度為290799個／cm3，質量濃度為0.5402 mg／m3；PM10數量濃度為291007個／cm3，質量濃度為6.8703 mg／m3。

3.2 采用一級稀釋

在相同負荷、相同煙氣條件下，ELPI一級稀釋器，查表得稀釋比為8.7，煤灰顆粒密度取2.1 g／cm3。ELPI采用一級稀釋共測試3組數據，如表2所示。

由表2可知，采用一級稀釋器，多次測試結果一致性較好。經計算，脫硫出口煙塵中PM1數濃度為289762個／cm3，質量濃度為0.4594 mg／m3；PM2.5數濃度為290122個／cm3，質量濃度為0.7586 mg／m3；PM10數濃度為290154個／cm3，質量濃度為2.7774 mg／m3。

4 數據分析

表1 ELPI采用兩級稀釋器時測試結果

下面分別將兩級稀釋和一級稀釋的測試數據進行比較，將各測量工況數據取平均值，兩種稀釋比條件下各級顆粒數量濃度曲線如圖2所示。

表2 ELPI采用一級稀釋器時測試結果

圖2 顆粒數濃度曲線

由圖2可知，兩種稀釋比測得顆粒數濃度粒徑分布規律基本一致，只在較大粒徑段有些差異，但這種差異基本保持在一個數量級內，是由測量誤差所致。

比較兩種稀釋比條件下PM1、PM2.5、PM10的數濃度如圖3所示，質量濃度如圖4所示。

圖3 PM1、PM2.5、PM10數濃度柱狀圖

圖4 PM1、PM2.5、PM10質量濃度柱狀圖

由圖3和圖4可知，采用兩級稀釋測得PM1、PM2.5、PM10數濃度結果均小于一級稀釋；對于質量濃度，采用兩級稀釋測得PM1、PM2.5結果小于一級稀釋，而PM10測量結果卻大于一級稀釋。這是因為采用兩級稀釋時第10、11級沖擊器顆粒數濃度較多引起的。

濕法脫硫后煙氣濕度較大，測試過程中需要避免水滴和冷凝水的影響，因此需要設煙氣稀釋、加熱、保溫等裝置，減小水滴和冷凝水的影響。而稀釋比越大，水滴對測試結果的影響越小，但同時空氣稀釋會造成部分顆粒損失，使大稀釋比測試結果小于小稀釋比時測試結果。因此實際測試過程中應根據實際情況（主要是煙氣濕度）選擇合適的稀釋比，以提高測試結果的準確性。

5 結論

1）測試采用多次測試取平均值的方法，提高測試結果的準確性，且多次測試數據一致性較好。

2）兩種稀釋比測得顆粒數濃度粒徑分布規律基本一致。

3）采用兩級稀釋測得PM1、PM2.5、PM10數濃度結果均小于一級稀釋；對于質量濃度，采用兩級稀釋測得PM1、PM2.5結果小于一級稀釋，而PM10測量結果卻大于一級稀釋。

［1］ 寧愛民，文軍浩，鄭德智，等.PM2.5監測技術及其比對測試研究進展［J］.計測技術，2013，33（4）：11-14.

［2］ 劉含笑，姚宇平，酈建國，等.PM2.5團聚測量技術及其研究進展［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現場測試技術研究［C］.第十五屆中國電除塵學術會議論文集，2013.