固定源顆粒物測試方法及誤差評述

袁建國，劉含笑，郭 鏈，酈建國（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

固定源顆粒物測試方法及誤差評述

袁建國，劉含笑，郭 鏈，酈建國
（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

闡述了固定源顆粒物自動分析和手工分析兩種測試方法，分析了引起過濾稱重法測試誤差的因素，并通過現場實際測試，對低濃度顆粒物測試儀器和方法進行研究，旨在探索一種科學合理的低濃度顆粒物測試技術和方法。

燃煤電廠；總塵；固定發生源；誤差評述

引言

我國日益嚴峻的大氣污染形勢及趨嚴的國家政策、標準，促進了我國除塵技術的迅猛發展，但同時也給我國現有的測試技術帶來了巨大挑戰，尤其近年來，隨著“超低排放”工程的陸續投運，各單位也紛紛開展了相關研究工作，探索并發展一種適用于低濃度環境且科學合理的顆粒物測試方法迫在眉睫。

顆粒物是指在燃料的燃燒、高溫熔融和化學反應等過程中形成的漂浮于煙氣中的顆粒物，燃煤電廠加裝濕法脫硫后，排放煙氣中的顆粒物不僅包括煙塵，而且包括濕法脫硫過程中產生的衍生物石膏、液體顆粒物質等，且監測過程中難以區分，因此本文所指煙氣中的顆粒物除特別注明外，均包括顆粒物、石膏等測試條件下以固體形式存在的顆粒物。

1　固定源顆粒物測試方法

固定源顆粒物測試有自動分析和手工分析兩種方法，其中，自動分析法有光學法（光散射、透射）、電荷法、β射線法等；手工分析法主要是指過濾稱重法，即通過等速采樣的方法，抽取一定體積的煙氣，將過濾裝置收集到的粉塵進行稱重，從而換算得到煙氣中顆粒物濃度值，該方法是固定源顆粒物測試的標準方法。

2　自動分析法（在線監測方法）

2.1光透射法

由于光的透視性，易于實現光電之間的轉換和與計算機的連接等，使得基于光學原理的測量方法能夠對污染源進行遠距離的連續測量。國外早在20世紀70年代就推出了用以測量顆粒物濃度的不透明度測塵儀（濁度計）。

光透射法是基于郎伯-比耳定理而設計的測定顆粒物濃度的儀器。當一束光通過含有顆粒物的煙氣時，其光強因煙氣中顆粒物對光的吸收和散射作用而減弱。

光透射法測塵儀，分單光程和雙光程測塵儀。雙光程測塵儀已經廣泛應用于顆粒物濃度的測定。從儀器使用的光源看，有鎢燈、石英鹵素燈光源測塵儀和激光光源測塵儀，激光光源有氦氖氣體激光光源和半導體激光光源。鎢燈光源壽命較短，半導體激光器（650～670nm）由于具有穩定性高和使用壽命長的特點已在測塵儀上得到廣泛應用。

2.2光散射法

光散射法利用顆粒物對入射光的散射作用測量顆粒物。當入射光束照射顆粒物時，顆粒物對光在所有方向散射，某一方向的散射光經聚焦后由檢測器檢測，在一定范圍內，檢測信號與顆粒物濃度成比例。光散射法可實現對排放源的遠距離、實時、在線和連續測量，可直接給出煙氣中以mg/m3表示的顆粒物排放濃度。

后向散射法測塵儀是光散射法的代表產品，光源可采用近紅外或激光二極管，與光透射法相比，儀器安裝簡單，采用煙道單面安裝。

2.3電荷法

運動的顆粒與插入流場的金屬電極之間由于摩擦會產生等量的符號相反的靜電荷，通過測量金屬電極對地的靜電流就可得到顆粒物的濃度值。一般來說，顆粒物濃度與靜電流之間并非是線性關系，往往還受到環境和顆粒流動特性影響。目前的研究：一是從電動力學的角度出發，尋找描述顆粒物濃度與靜電流之間關系的更加精確的理論計算模型；二是研究不同材料情況下顆粒摩擦生電的機理和特征。

另外，由于粉塵之間的碰撞和磨擦，粉塵顆粒也會因失去電子而帶靜電，其電荷量隨粉塵濃度、流速的變化而按一定規律變化，電荷量在粉塵的流動中同時形成一個可變的靜電場。利用靜電感應原理測得靜電場的大小及變化，通過信號處理，即可顯示一定粉塵濃度的數值。

2.4β射線法

β射線是放射線的一種，是一種電子流。所以在通過粉塵顆粒時，會與顆粒內的電子發生散射、沖突而被吸收。當β射線的能量恒定時，這一吸收量就與顆粒的質量成正比，不受其粒徑、分布、顏色、煙氣濕度等影響。

測塵儀將煙氣中顆粒物按等速采樣方法采集到濾紙上，利用β射線吸收方式，根據濾紙在采樣前后吸收β射線的差求出濾紙捕集顆粒物的質量。

2.5“超低排放”條件下的測試要求

傳統的光、電測塵法不需要抽氣采樣即可直接測量顆粒物濃度，但測量值受顆粒物的直徑、分布、煙氣濕度等因素的影響較大，需在現場進行濃度標定。由于燃煤電廠在“超低排放”條件下，普遍加裝了濕法脫硫，煙氣中的液滴含量常常遠高于顆粒物含量，液滴也被當作顆粒物而被測量，因此傳統的光、電測塵法不能滿足“超低排放”條件下的顆粒物測量。為減少液滴對“超低排放”條件下煙氣中顆粒物測量的干擾，目前主要采用抽取煙氣并進行加熱處理，然后采用光、電測塵法對處理后的煙氣進行測量，這種測量基本不受煙氣濕度的影響，但測量結果中包括了溶解在液滴中的溶解性固體。

β射線法有效避免了顆粒物顆粒大小、分布及煙氣濕度對測試結果的影響，其測量的動態范圍寬，空間分辨率高。但由于存在放射性輻射源，容易產生輻射泄漏，因此用于現場測量時對操作人員的素質要求較高。同時，系統需要增加各種屏蔽措施，設備結構復雜且昂貴。β射線法一般適合于對測量有特殊要求的場合。

3　過濾稱重法（參比方法）

過濾稱重法是其他顆粒物濃度測定方法的校正基準，是顆粒物濃度的基本測定方法，即參比方法。該方法通過采樣系統從排氣筒中抽取煙氣，用經過烘干、稱重的濾筒將煙氣中的顆粒物收集下來，再經過烘干、稱重，用采樣前后重量之差求出收集的顆粒物質量。測出抽取的煙氣的溫度和壓力，扣除煙氣中所含水分的量，計算出抽取的干煙氣在標準狀態下的體積。以顆粒物質量除以氣體標態體積，得到顆粒物濃度。為減少顆粒物慣性力的影響，標準要求等速采樣，即采樣儀器的抽氣速度與煙道采樣點的煙氣速度相等。

《固定源廢氣監測技術規范》（HJ/T397-2007）與《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）中規定了等速采樣原則、采樣方法以及維持等速采樣的預測流速采樣法、動壓平衡采樣法、靜壓平衡采樣法和皮托管平行測速采樣法等4種方法。由于這兩個標準制定較早（當時的顆粒物排放標準限值較為寬松），稱重的天平感量為0.1mg，已不能適應目前對低濃度顆粒物的測試要求。

過濾稱重法的采樣、稱重過程均較復雜，引起誤差的因素和環節也較多，若不注意，很可能會影響結果的準確性。

3.1采樣誤差

（1）采樣點

選取采樣點時，應盡量保證采樣點處煙氣流速平穩，顆粒物濃度均勻。但在實際中，由于慣性和煙道形狀的影響，煙道顆粒物的分布通常是不均勻對稱的，且個別測孔與彎頭等擾流源距離較近，流場處于擾流狀態，流速及顆粒物濃度分布極不均勻，這會引起較大的測量誤差。

（2）采樣儀器

顆粒物測試包括現場各參數及顆粒物樣品的獲取等，包含多種儀表，任何一種裝置或儀表不準確，都會引起多項測試結果失真。測試單位應對所用儀器定時進行校準檢驗，以保證儀器性能和測試數據準確。

（3）采樣濾筒

濾筒的質量直接影響顆粒物濃度測試的準確性，質量差的濾筒可能存在脫毛、裂紋、孔隙等損壞現象，導致測試結果偏低。因此，采樣前需對濾筒進行針孔檢查、重量篩選、失重處理等，剔除不合格的濾筒。

3.2稱重誤差

首先是天平感量，天平感量越低，稱量的質量就可以越小，適合采集樣品量較少的稱量。煙氣“超低排放”情況下，能夠采樣的樣品量較少，應采用感量0.01mg的電子天平。我國現有固定源顆粒物排放測試的國家標準與行業標準中規定的天平感量均是0.1mg，因此不適用“超低排放”情況下煙氣中的顆粒物測試。其次，天平稱重本身就有估讀的數值，樣品重量越接近天平感量，估讀引起的稱量誤差也就越大，應首先保證采集足夠的樣品，重量足夠大。再次，一般顆粒物采樣用的濾筒稱重和采樣后的稱重往往間隔幾天或更長時間，因此，天平的游移、稱重部件的溫度不均衡、稱量環境的溫度、濕度、壓力等變化均可能引起稱量誤差。低濃度顆粒物測試的天平最好放置在恒溫、恒濕環境中。

3.3人為操作誤差

過濾稱重方法的整個采樣、稱重和計算過程均需要測試人員操作或執行，因此，測試人員操作儀器是否得當，是否按照標準方法、操作經驗等，都會影響測試數據的準確性，造成人為操作誤差。

4　低濃度顆粒物現場測試研究

舟山電廠4號機組為國內首套采用濕式電除塵器的“超低排放”工程，濕式除塵器的出口顆粒物濃度要求≤5mg/m3，課題組采用大流量自動顆粒物采樣儀（采樣流量：10～100L/min）進行顆粒物采樣和煙氣量測定，儀器如圖1所示，用進口的石英纖維濾筒作為收塵裝置，在濕式電除塵器進出口的測試點上根據等速取樣原理進行采樣，每組采樣時間不小于2小時，用十萬分之一天平進行稱重，測試結果如圖2所示，其中，濕式除塵器出口顆粒物濃度測試結果與浙江省環境檢測中心測試數據接近。

圖1　大流量自動顆粒物采樣儀

圖2　測試結果

5　結語

燃煤電廠煙氣“超低排放”是我國大氣環保治理的一個重要課題，低濃度顆粒物的測定是必需的技術手段。我國尚未制訂有關標準。本文對固定污染源低濃度顆粒物的測試方法進行了綜述，并開展了燃煤電廠現場測試研究，可為我國燃煤電廠低濃度顆粒物標準測試方法的選取提供一定的參考。

［1］ GB/T 16157-1996，固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法［S］.1996.

［2］ GB/T 13931-2002，電除塵器 性能測試方法［S］.2002.

［3］ HJ/T 397-2007，固定源廢氣檢測技術規范［S］.2007.

［4］ HJ/T 75-2007，固定污染源煙氣排放連續監測技術規范［S］.2007.

［5］ ISO 12141-2002，Stationary source emissions-Determination of mass concentration of particulate matter（dust）at low concentrations-Manual gravimetric method ［S］.2002.

［6］ ASTM D6331-13，Standard Test Method for Determination of Mass Concentration of Particulate Matter from Stationary Sources at Low Concentrations （Manual Gravimetric. （Method）［S］. 2013.

Testing Method and Error Comment of Stationary Source Particulate Matters

YUAN Jian-guo， LIU Han-xiao， GUO Lian， LI Jian-guo

X831

A

1006-5377（2016）08-0022-03