重量法测定燃煤电厂烟气中细颗粒物

易玉萍，段玖祥，周道斌，张文杰，姚杰，赵洋

(国电环境保护研究院，江苏南京210023)

重量法测定燃煤电厂烟气中细颗粒物

易玉萍，段玖祥，周道斌，张文杰，姚杰，赵洋

(国电环境保护研究院，江苏南京210023)

在燃煤电厂排放的烟气中，细颗粒物PM2.5对人体健康及环境会产生很大危害，对烟气中细颗粒物的监测是一个重要的研究领域，主要探讨燃煤电厂烟气中细颗粒物测试原理、采样方法及对测试结果进行误差分析，该方法测试的相对误差在±20%之间。

燃煤电厂:细颗粒物(PM2.5):测定方法:相对误差

1 试验

1.1 试验原理

测量烟道气中细颗粒物的质量浓度原理为撞击原理，采用重量法进行测定。撞击原理是基于采用圆形喷嘴撞击器的撞击作用。被测气体通过一个喷嘴得到加速并偏转90℃，空气动力学当量直径较大的颗粒物由于其质量惯性无法跟随气流运动，进而撞击收集膜并被捕集，较小的颗粒物随气流继续前进，进入下一级撞击收集膜。烟气中不同粒径范围的颗粒物被收集在已知质量的收集膜和滤膜上，根据采样前、后收集膜和滤膜的质量差和采样体积，计算出细颗粒物(PM2.5)的质量浓度。

标准状态下的细颗粒物(PM2.5)质量浓度按下式计算:

式中:C为标准状况下细颗粒物(PM2.5)的质量浓度，mg/m3;Mf，0为空白滤膜的质量，g;Mf，1采样后滤膜的质量，g;Mpi，0为第i级空白收集膜的质量，g; Mpi，1为采样后第i级收集膜的质量，g;n撞击器细颗粒物(PM2.5)以下的分级数;V为标准状态下的采样体积，m3。

1.2 仪器设备

试验采用芬兰Dekati公司生产PM10撞击器，由0～10L/min流量计、旋风分离器、加热采样枪、温控加热包等设备组成，并含一个ExcelTM表，可以帮助进行数据处理。CPA225 D天平，由瑞士Sartorius公司生产，天平的分度值为0.01mg，天平具有自动校准功能。微电脑平行采样仪，由青岛崂山应用技术研究所生产，可以自动跟踪烟气流速等速采样，能测量烟气参数。

2 测试结果和讨论

2.1 测试条件

对现场实测的4个电厂依次编号为A、B、C、D，其中D电厂测试了7号、8号两台机组，各电厂的锅炉、环保设备和试验期间的煤质参数如下:

(1)A电厂1000MW机组。锅炉超超临界参数变压运行、带中间混合集箱垂直管圈水冷壁直流炉、单炉膛、一次中间再热、采用八角双火焰切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉、露天布置燃煤锅炉。配置五电场静电除尘器+SCR脱硝系统+石灰石－石膏湿式脱硫装置。运行负荷950MW，灰分14.54%，低位发热量19.63MJ/kg。

(2)B电厂630MW机组。锅炉型式为亚临界、一次再热、自然循环、平衡通风、单汽包、半露天煤粉炉。配置五电场静电除尘器+SCR脱硝系统+石灰石－石膏湿式脱硫装置。运行负荷600MW，灰分13.95%，低位发热量21.43MJ/kg;运行负荷500MW，灰分15.30%，低位发热量21.31MJ/kg。

(3)C电厂110MW机组高压压单汽包自然循环锅炉，采用微油点火方式点火和稳然。配置四电场静电除尘器+SCR脱硝系统+石灰石－石膏湿式脱硫+湿式静电除尘器。运行负荷95MW，灰分19.21%，低位发热量19.69MJ/kg;运行负荷85MW，灰分23.76%，低位发热量20.06MJ/kg。

(4)D电厂2×1000MW机组。锅炉超超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、切向燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型布置。配置低低温静电除尘器+SCR脱硝系统+石灰石－石膏湿式脱硫+湿式静电除尘器。7号机组运行负荷1000MW，灰分15.21%，低位发热量22.68MJ/kg;运行负荷750MW，灰分16.13%，低位发热量21.87MJ/kg。8号机组运行负荷1000MW，灰分11.94%，低位发热量22.52MJ/kg;运行负荷750MW，灰分11.39%，低位发热量22.30MJ/kg。

测试条件:机组负荷稳定，煤种煤质基本不变，送、引风机档板开度变化不大，烟气量和烟尘量均匀稳定，且各环保设备运行稳定正常。

2.2 测试过程

测试过程如下:先预先测量试验断面的烟道流速，烟气温度、大气压力、烟气压力，选择一个有代表性的试验点，用ExcelTM表计算出采样喷嘴尺寸，再根据烟气温度、流量计计前温度等计算出所需的采样流速，可以保证采集的烟尘的空气动力学直径为2.5μm;连接采样枪、旋风分离器、PM10撞击器，保证整个采样过程无漏气;采样设备都需要保温，采样枪加热保温在130℃左右，旋风分离器和PM10撞击器保温在130℃～150℃左右;打开流量计，开始采样，应根据烟气中PM2.5的浓度来确定采样时间，以保证采集的细颗粒物的质量足够。采样后把收集膜和过滤膜放入烘箱中，于105℃±2℃烘干1h后，放入干燥器中冷却0.5h后再称重，至恒重。连续2次烘干后的质量，其差值不超过±0.04mg为满足恒重要求，并以较大值为准。

2.3 结果分析

各电厂静电除尘器出口PM2.5和PM10浓度(标干态)测试结果见表1，脱硫入口和烟囱排放口PM2.5和PM10测试结果和相对误差见表2。

表1 A、B、C电厂静电除尘器出口测试结果

从表1可以看出，在A电厂相同负荷、不同测试位置时，PM2.5的测试浓度值不相同，但是在相同烟道(A烟道或者B烟道)的PM2.5的值比较接近，并且其PM2.5/PM10比值也比较接近。对于B电厂在600MW负荷下的PM2.5值基本都高于500MW负荷下的PM2.5值，600MW负荷下的PM2.5/PM10比值和500MW负荷下的比值比较相近。

如C电厂，在相同位置、相同负荷下，所测得的同组数据彼此差异较小，表现出该测试方法的可重复性比较好。C电厂在不同的负荷下其PM2.5的浓度值相差比较大，但其PM2.5/PM10比值基本接近。

A、B电厂的除尘器都是五电场，设计除尘效率都比较高，所以出口的PM2.5浓度都比较低，而对了C电厂，除尘器是四电场，设计效率为99.2%，所以其出口的PM2.5的浓度值比较高。随着出口PM2.5浓度值的降低，其PM2.5/PM10比值在提高。

从A、B、C三电厂的测试数据来看，电除尘器出口的PM2.5浓度值与电除尘器的性能密切相关，PM2.5浓度值在1～40mg/m3(标态、干基)之间，而各电厂测试的相对误差绝对平均值为13.2%，相对误差基本上的±20%之间。

表2 D电厂脱硫入口、烟囱排口测试结果

从表2可以看出，在脱硫烟道入口出测得数值范围同A～B电厂静电除尘器烟道出口情况基本一致，且在低负荷工况下测得浓度低于同位点的高负荷工况。在脱硫系统入口烟道测量的PM2.5浓度值在0.885～2.442mg/m3之间，在烟道出口处测得的PM2.5浓度进一步降低，烟囱排口的PM2.5浓度值在0.139～0.425mg/m3之间。

在脱硫入口外测得的PM2.5/PM10比值高负荷时为75.8%，低负荷时为68.5%，到烟囱排口处测量的PM2.5/PM10比值高负荷和低负荷基本都是100%，表明经过电除尘、脱硫系统、湿式静电除尘系统后的烟尘基本上都是细颗粒物。

对D电厂测试的相对误差最小值为0.00%，最大值为42.62%，其相对误差的绝对平均值为12%。

3 结语

(1)静电除尘器出口的PM2.5浓度值在1mg/m3～40mg/m3之间。

(2)烟囱排口的PM2.5浓度值在0.139mg/m3～0.425mg/m3之间。

(3)电除尘器出口PM2.5/PM10比值48.74%，脱硫入口的PM2.5/PM10比值为72.13%，到烟囱排口的PM2.5/PM10增加到100%。

(4)PM2.5测试的相对误差在±20%之间。

［1］ISO 23210－2009，Stationary Source Emissions Determination Of PM10/PM2.5Mass Concentration In Flue Gas:Measurement At Low concentrations By Use Of Impactors［S］.

［2］HJ/T 93－2003，PM10采样器技术要求及检测方法［S］.

［3］HJ 618－2011，环境空气PM10和PM2.5的测定－重量法［S］.

［4］王鹏，骆仲泱，徐飞，等.复合式静电除尘器脱除电厂排放PM2.5研究［J］.环境科学学报，27(11):1789－1792.

［5］刘建忠，范海燕，周俊虎，等.煤粉炉PM10、PM2.5排放规律的试验研究［J］.中国电力工程学报，2003，23(1):145－149.

［6］陈其颢，朱林，王可辉等.火电行业超细颗粒物PM2.5标准及控制技术研究进展［C］.中国电机工程学会环境保护专业委员会2012年学术研讨会论文集.乌鲁木齐:2012.

［7］刘智，朱法华，易玉萍，等.微颗粒聚合装置对电除尘器去除烟尘与PM2.5的提效研究［J］.环境监测管理与技术，2014，26(1):19－21.

Determination of PM2.5in coal－fired power plant flue gas by weight method

The PM2.5(Particulate Matter 2.5)in flue gas of coal－fired power plant bring great damage to the environment and human health.So the PM2.5environmental monitoring is very important.The test principle and sampling method of PM2.5were described.Also the error analysis of test results was discussed.The study results indicated that the relative errors of this test method were between±20%.

coal－fired power plant;particulate Matter 2.5(PM2.5);test method;relative error

X701.2

B

1674－8069(2015)05－057－03

2015-03-12;

:2015-05-19

易玉萍(1965-)，女，江西萍乡人，高级工程师，主要从事环境监测工作。E－mail:yiyuping65@163.com