固定源颗粒物测试方法及误差评述

袁建国，刘含笑，郭 链，郦建国（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

固定源颗粒物测试方法及误差评述

袁建国，刘含笑，郭 链，郦建国
（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

阐述了固定源颗粒物自动分析和手工分析两种测试方法，分析了引起过滤称重法测试误差的因素，并通过现场实际测试，对低浓度颗粒物测试仪器和方法进行研究，旨在探索一种科学合理的低浓度颗粒物测试技术和方法。

燃煤电厂；总尘；固定发生源；误差评述

引言

我国日益严峻的大气污染形势及趋严的国家政策、标准，促进了我国除尘技术的迅猛发展，但同时也给我国现有的测试技术带来了巨大挑战，尤其近年来，随着“超低排放”工程的陆续投运，各单位也纷纷开展了相关研究工作，探索并发展一种适用于低浓度环境且科学合理的颗粒物测试方法迫在眉睫。

颗粒物是指在燃料的燃烧、高温熔融和化学反应等过程中形成的漂浮于烟气中的颗粒物，燃煤电厂加装湿法脱硫后，排放烟气中的颗粒物不仅包括烟尘，而且包括湿法脱硫过程中产生的衍生物石膏、液体颗粒物质等，且监测过程中难以区分，因此本文所指烟气中的颗粒物除特别注明外，均包括颗粒物、石膏等测试条件下以固体形式存在的颗粒物。

1　固定源颗粒物测试方法

固定源颗粒物测试有自动分析和手工分析两种方法，其中，自动分析法有光学法（光散射、透射）、电荷法、β射线法等；手工分析法主要是指过滤称重法，即通过等速采样的方法，抽取一定体积的烟气，将过滤装置收集到的粉尘进行称重，从而换算得到烟气中颗粒物浓度值，该方法是固定源颗粒物测试的标准方法。

2　自动分析法（在线监测方法）

2.1光透射法

由于光的透视性，易于实现光电之间的转换和与计算机的连接等，使得基于光学原理的测量方法能够对污染源进行远距离的连续测量。国外早在20世纪70年代就推出了用以测量颗粒物浓度的不透明度测尘仪（浊度计）。

光透射法是基于郎伯-比耳定理而设计的测定颗粒物浓度的仪器。当一束光通过含有颗粒物的烟气时，其光强因烟气中颗粒物对光的吸收和散射作用而减弱。

光透射法测尘仪，分单光程和双光程测尘仪。双光程测尘仪已经广泛应用于颗粒物浓度的测定。从仪器使用的光源看，有钨灯、石英卤素灯光源测尘仪和激光光源测尘仪，激光光源有氦氖气体激光光源和半导体激光光源。钨灯光源寿命较短，半导体激光器（650～670nm）由于具有稳定性高和使用寿命长的特点已在测尘仪上得到广泛应用。

2.2光散射法

光散射法利用颗粒物对入射光的散射作用测量颗粒物。当入射光束照射颗粒物时，颗粒物对光在所有方向散射，某一方向的散射光经聚焦后由检测器检测，在一定范围内，检测信号与颗粒物浓度成比例。光散射法可实现对排放源的远距离、实时、在线和连续测量，可直接给出烟气中以mg/m3表示的颗粒物排放浓度。

后向散射法测尘仪是光散射法的代表产品，光源可采用近红外或激光二极管，与光透射法相比，仪器安装简单，采用烟道单面安装。

2.3电荷法

运动的颗粒与插入流场的金属电极之间由于摩擦会产生等量的符号相反的静电荷，通过测量金属电极对地的静电流就可得到颗粒物的浓度值。一般来说，颗粒物浓度与静电流之间并非是线性关系，往往还受到环境和颗粒流动特性影响。目前的研究：一是从电动力学的角度出发，寻找描述颗粒物浓度与静电流之间关系的更加精确的理论计算模型；二是研究不同材料情况下颗粒摩擦生电的机理和特征。

另外，由于粉尘之间的碰撞和磨擦，粉尘颗粒也会因失去电子而带静电，其电荷量随粉尘浓度、流速的变化而按一定规律变化，电荷量在粉尘的流动中同时形成一个可变的静电场。利用静电感应原理测得静电场的大小及变化，通过信号处理，即可显示一定粉尘浓度的数值。

2.4β射线法

β射线是放射线的一种，是一种电子流。所以在通过粉尘颗粒时，会与颗粒内的电子发生散射、冲突而被吸收。当β射线的能量恒定时，这一吸收量就与颗粒的质量成正比，不受其粒径、分布、颜色、烟气湿度等影响。

测尘仪将烟气中颗粒物按等速采样方法采集到滤纸上，利用β射线吸收方式，根据滤纸在采样前后吸收β射线的差求出滤纸捕集颗粒物的质量。

2.5“超低排放”条件下的测试要求

传统的光、电测尘法不需要抽气采样即可直接测量颗粒物浓度，但测量值受颗粒物的直径、分布、烟气湿度等因素的影响较大，需在现场进行浓度标定。由于燃煤电厂在“超低排放”条件下，普遍加装了湿法脱硫，烟气中的液滴含量常常远高于颗粒物含量，液滴也被当作颗粒物而被测量，因此传统的光、电测尘法不能满足“超低排放”条件下的颗粒物测量。为减少液滴对“超低排放”条件下烟气中颗粒物测量的干扰，目前主要采用抽取烟气并进行加热处理，然后采用光、电测尘法对处理后的烟气进行测量，这种测量基本不受烟气湿度的影响，但测量结果中包括了溶解在液滴中的溶解性固体。

β射线法有效避免了颗粒物颗粒大小、分布及烟气湿度对测试结果的影响，其测量的动态范围宽，空间分辨率高。但由于存在放射性辐射源，容易产生辐射泄漏，因此用于现场测量时对操作人员的素质要求较高。同时，系统需要增加各种屏蔽措施，设备结构复杂且昂贵。β射线法一般适合于对测量有特殊要求的场合。

3　过滤称重法（参比方法）

过滤称重法是其他颗粒物浓度测定方法的校正基准，是颗粒物浓度的基本测定方法，即参比方法。该方法通过采样系统从排气筒中抽取烟气，用经过烘干、称重的滤筒将烟气中的颗粒物收集下来，再经过烘干、称重，用采样前后重量之差求出收集的颗粒物质量。测出抽取的烟气的温度和压力，扣除烟气中所含水分的量，计算出抽取的干烟气在标准状态下的体积。以颗粒物质量除以气体标态体积，得到颗粒物浓度。为减少颗粒物惯性力的影响，标准要求等速采样，即采样仪器的抽气速度与烟道采样点的烟气速度相等。

《固定源废气监测技术规范》（HJ/T397-2007）与《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）中规定了等速采样原则、采样方法以及维持等速采样的预测流速采样法、动压平衡采样法、静压平衡采样法和皮托管平行测速采样法等4种方法。由于这两个标准制定较早（当时的颗粒物排放标准限值较为宽松），称重的天平感量为0.1mg，已不能适应目前对低浓度颗粒物的测试要求。

过滤称重法的采样、称重过程均较复杂，引起误差的因素和环节也较多，若不注意，很可能会影响结果的准确性。

3.1采样误差

（1）采样点

选取采样点时，应尽量保证采样点处烟气流速平稳，颗粒物浓度均匀。但在实际中，由于惯性和烟道形状的影响，烟道颗粒物的分布通常是不均匀对称的，且个别测孔与弯头等扰流源距离较近，流场处于扰流状态，流速及颗粒物浓度分布极不均匀，这会引起较大的测量误差。

（2）采样仪器

颗粒物测试包括现场各参数及颗粒物样品的获取等，包含多种仪表，任何一种装置或仪表不准确，都会引起多项测试结果失真。测试单位应对所用仪器定时进行校准检验，以保证仪器性能和测试数据准确。

（3）采样滤筒

滤筒的质量直接影响颗粒物浓度测试的准确性，质量差的滤筒可能存在脱毛、裂纹、孔隙等损坏现象，导致测试结果偏低。因此，采样前需对滤筒进行针孔检查、重量筛选、失重处理等，剔除不合格的滤筒。

3.2称重误差

首先是天平感量，天平感量越低，称量的质量就可以越小，适合采集样品量较少的称量。烟气“超低排放”情况下，能够采样的样品量较少，应采用感量0.01mg的电子天平。我国现有固定源颗粒物排放测试的国家标准与行业标准中规定的天平感量均是0.1mg，因此不适用“超低排放”情况下烟气中的颗粒物测试。其次，天平称重本身就有估读的数值，样品重量越接近天平感量，估读引起的称量误差也就越大，应首先保证采集足够的样品，重量足够大。再次，一般颗粒物采样用的滤筒称重和采样后的称重往往间隔几天或更长时间，因此，天平的游移、称重部件的温度不均衡、称量环境的温度、湿度、压力等变化均可能引起称量误差。低浓度颗粒物测试的天平最好放置在恒温、恒湿环境中。

3.3人为操作误差

过滤称重方法的整个采样、称重和计算过程均需要测试人员操作或执行，因此，测试人员操作仪器是否得当，是否按照标准方法、操作经验等，都会影响测试数据的准确性，造成人为操作误差。

4　低浓度颗粒物现场测试研究

舟山电厂4号机组为国内首套采用湿式电除尘器的“超低排放”工程，湿式除尘器的出口颗粒物浓度要求≤5mg/m3，课题组采用大流量自动颗粒物采样仪（采样流量：10～100L/min）进行颗粒物采样和烟气量测定，仪器如图1所示，用进口的石英纤维滤筒作为收尘装置，在湿式电除尘器进出口的测试点上根据等速取样原理进行采样，每组采样时间不小于2小时，用十万分之一天平进行称重，测试结果如图2所示，其中，湿式除尘器出口颗粒物浓度测试结果与浙江省环境检测中心测试数据接近。

图1　大流量自动颗粒物采样仪

图2　测试结果

5　结语

燃煤电厂烟气“超低排放”是我国大气环保治理的一个重要课题，低浓度颗粒物的测定是必需的技术手段。我国尚未制订有关标准。本文对固定污染源低浓度颗粒物的测试方法进行了综述，并开展了燃煤电厂现场测试研究，可为我国燃煤电厂低浓度颗粒物标准测试方法的选取提供一定的参考。

［1］ GB/T 16157-1996，固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法［S］.1996.

［2］ GB/T 13931-2002，电除尘器 性能测试方法［S］.2002.

［3］ HJ/T 397-2007，固定源废气检测技术规范［S］.2007.

［4］ HJ/T 75-2007，固定污染源烟气排放连续监测技术规范［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