易玉萍，段玖祥，周道斌，張文杰，姚杰，趙洋

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210023)

重量法測定燃煤電廠煙氣中細(xì)顆粒物

易玉萍，段玖祥，周道斌，張文杰，姚杰，趙洋

(國電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京210023)

在燃煤電廠排放的煙氣中，細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)人體健康及環(huán)境會(huì)產(chǎn)生很大危害，對(duì)煙氣中細(xì)顆粒物的監(jiān)測是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，主要探討燃煤電廠煙氣中細(xì)顆粒物測試原理、采樣方法及對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行誤差分析，該方法測試的相對(duì)誤差在±20%之間。

燃煤電廠:細(xì)顆粒物(PM2.5):測定方法:相對(duì)誤差

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

測量煙道氣中細(xì)顆粒物的質(zhì)量濃度原理為撞擊原理，采用重量法進(jìn)行測定。撞擊原理是基于采用圓形噴嘴撞擊器的撞擊作用。被測氣體通過一個(gè)噴嘴得到加速并偏轉(zhuǎn)90℃，空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑較大的顆粒物由于其質(zhì)量慣性無法跟隨氣流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而撞擊收集膜并被捕集，較小的顆粒物隨氣流繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入下一級(jí)撞擊收集膜。煙氣中不同粒徑范圍的顆粒物被收集在已知質(zhì)量的收集膜和濾膜上，根據(jù)采樣前、后收集膜和濾膜的質(zhì)量差和采樣體積，計(jì)算出細(xì)顆粒物(PM2.5)的質(zhì)量濃度。

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的細(xì)顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度按下式計(jì)算:

式中:C為標(biāo)準(zhǔn)狀況下細(xì)顆粒物(PM2.5)的質(zhì)量濃度，mg/m3;Mf，0為空白濾膜的質(zhì)量，g;Mf，1采樣后濾膜的質(zhì)量，g;Mpi，0為第i級(jí)空白收集膜的質(zhì)量，g; Mpi，1為采樣后第i級(jí)收集膜的質(zhì)量，g;n撞擊器細(xì)顆粒物(PM2.5)以下的分級(jí)數(shù);V為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的采樣體積，m3。

1.2 儀器設(shè)備

試驗(yàn)采用芬蘭Dekati公司生產(chǎn)PM10撞擊器，由0～10L/min流量計(jì)、旋風(fēng)分離器、加熱采樣槍、溫控加熱包等設(shè)備組成，并含一個(gè)ExcelTM表，可以幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。CPA225 D天平，由瑞士Sartorius公司生產(chǎn)，天平的分度值為0.01mg，天平具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能。微電腦平行采樣儀，由青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所生產(chǎn)，可以自動(dòng)跟蹤煙氣流速等速采樣，能測量煙氣參數(shù)。

2 測試結(jié)果和討論

2.1 測試條件

對(duì)現(xiàn)場實(shí)測的4個(gè)電廠依次編號(hào)為A、B、C、D，其中D電廠測試了7號(hào)、8號(hào)兩臺(tái)機(jī)組，各電廠的鍋爐、環(huán)保設(shè)備和試驗(yàn)期間的煤質(zhì)參數(shù)如下:

(1)A電廠1000MW機(jī)組。鍋爐超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行、帶中間混合集箱垂直管圈水冷壁直流爐、單爐膛、一次中間再熱、采用八角雙火焰切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。配置五電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫裝置。運(yùn)行負(fù)荷950MW，灰分14.54%，低位發(fā)熱量19.63MJ/kg。

(2)B電廠630MW機(jī)組。鍋爐型式為亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、單汽包、半露天煤粉爐。配置五電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫裝置。運(yùn)行負(fù)荷600MW，灰分13.95%，低位發(fā)熱量21.43MJ/kg;運(yùn)行負(fù)荷500MW，灰分15.30%，低位發(fā)熱量21.31MJ/kg。

(3)C電廠110MW機(jī)組高壓壓單汽包自然循環(huán)鍋爐，采用微油點(diǎn)火方式點(diǎn)火和穩(wěn)然。配置四電場靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫+濕式靜電除塵器。運(yùn)行負(fù)荷95MW，灰分19.21%，低位發(fā)熱量19.69MJ/kg;運(yùn)行負(fù)荷85MW，灰分23.76%，低位發(fā)熱量20.06MJ/kg。

(4)D電廠2×1000MW機(jī)組。鍋爐超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐、單爐膛、切向燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型布置。配置低低溫靜電除塵器+SCR脫硝系統(tǒng)+石灰石－石膏濕式脫硫+濕式靜電除塵器。7號(hào)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷1000MW，灰分15.21%，低位發(fā)熱量22.68MJ/kg;運(yùn)行負(fù)荷750MW，灰分16.13%，低位發(fā)熱量21.87MJ/kg。8號(hào)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷1000MW，灰分11.94%，低位發(fā)熱量22.52MJ/kg;運(yùn)行負(fù)荷750MW，灰分11.39%，低位發(fā)熱量22.30MJ/kg。

測試條件:機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，煤種煤質(zhì)基本不變，送、引風(fēng)機(jī)檔板開度變化不大，煙氣量和煙塵量均勻穩(wěn)定，且各環(huán)保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定正常。

2.2 測試過程

測試過程如下:先預(yù)先測量試驗(yàn)斷面的煙道流速，煙氣溫度、大氣壓力、煙氣壓力，選擇一個(gè)有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，用ExcelTM表計(jì)算出采樣噴嘴尺寸，再根據(jù)煙氣溫度、流量計(jì)計(jì)前溫度等計(jì)算出所需的采樣流速，可以保證采集的煙塵的空氣動(dòng)力學(xué)直徑為2.5μm;連接采樣槍、旋風(fēng)分離器、PM10撞擊器，保證整個(gè)采樣過程無漏氣;采樣設(shè)備都需要保溫，采樣槍加熱保溫在130℃左右，旋風(fēng)分離器和PM10撞擊器保溫在130℃～150℃左右;打開流量計(jì)，開始采樣，應(yīng)根據(jù)煙氣中PM2.5的濃度來確定采樣時(shí)間，以保證采集的細(xì)顆粒物的質(zhì)量足夠。采樣后把收集膜和過濾膜放入烘箱中，于105℃±2℃烘干1h后，放入干燥器中冷卻0.5h后再稱重，至恒重。連續(xù)2次烘干后的質(zhì)量，其差值不超過±0.04mg為滿足恒重要求，并以較大值為準(zhǔn)。

2.3 結(jié)果分析

各電廠靜電除塵器出口PM2.5和PM10濃度(標(biāo)干態(tài))測試結(jié)果見表1，脫硫入口和煙囪排放口PM2.5和PM10測試結(jié)果和相對(duì)誤差見表2。

表1 A、B、C電廠靜電除塵器出口測試結(jié)果

從表1可以看出，在A電廠相同負(fù)荷、不同測試位置時(shí)，PM2.5的測試濃度值不相同，但是在相同煙道(A煙道或者B煙道)的PM2.5的值比較接近，并且其PM2.5/PM10比值也比較接近。對(duì)于B電廠在600MW負(fù)荷下的PM2.5值基本都高于500MW負(fù)荷下的PM2.5值，600MW負(fù)荷下的PM2.5/PM10比值和500MW負(fù)荷下的比值比較相近。

如C電廠，在相同位置、相同負(fù)荷下，所測得的同組數(shù)據(jù)彼此差異較小，表現(xiàn)出該測試方法的可重復(fù)性比較好。C電廠在不同的負(fù)荷下其PM2.5的濃度值相差比較大，但其PM2.5/PM10比值基本接近。

A、B電廠的除塵器都是五電場，設(shè)計(jì)除塵效率都比較高，所以出口的PM2.5濃度都比較低，而對(duì)了C電廠，除塵器是四電場，設(shè)計(jì)效率為99.2%，所以其出口的PM2.5的濃度值比較高。隨著出口PM2.5濃度值的降低，其PM2.5/PM10比值在提高。

從A、B、C三電廠的測試數(shù)據(jù)來看，電除塵器出口的PM2.5濃度值與電除塵器的性能密切相關(guān)，PM2.5濃度值在1～40mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基)之間，而各電廠測試的相對(duì)誤差絕對(duì)平均值為13.2%，相對(duì)誤差基本上的±20%之間。

表2 D電廠脫硫入口、煙囪排口測試結(jié)果

從表2可以看出，在脫硫煙道入口出測得數(shù)值范圍同A～B電廠靜電除塵器煙道出口情況基本一致，且在低負(fù)荷工況下測得濃度低于同位點(diǎn)的高負(fù)荷工況。在脫硫系統(tǒng)入口煙道測量的PM2.5濃度值在0.885～2.442mg/m3之間，在煙道出口處測得的PM2.5濃度進(jìn)一步降低，煙囪排口的PM2.5濃度值在0.139～0.425mg/m3之間。

在脫硫入口外測得的PM2.5/PM10比值高負(fù)荷時(shí)為75.8%，低負(fù)荷時(shí)為68.5%，到煙囪排口處測量的PM2.5/PM10比值高負(fù)荷和低負(fù)荷基本都是100%，表明經(jīng)過電除塵、脫硫系統(tǒng)、濕式靜電除塵系統(tǒng)后的煙塵基本上都是細(xì)顆粒物。

對(duì)D電廠測試的相對(duì)誤差最小值為0.00%，最大值為42.62%，其相對(duì)誤差的絕對(duì)平均值為12%。

3 結(jié)語

(1)靜電除塵器出口的PM2.5濃度值在1mg/m3～40mg/m3之間。

(2)煙囪排口的PM2.5濃度值在0.139mg/m3～0.425mg/m3之間。

(3)電除塵器出口PM2.5/PM10比值48.74%，脫硫入口的PM2.5/PM10比值為72.13%，到煙囪排口的PM2.5/PM10增加到100%。

(4)PM2.5測試的相對(duì)誤差在±20%之間。

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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，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。E－mail:yiyuping65@163.com