朱少平，刘含笑，郦建国，陈 黎，方小伟，余顺利，夏晓云，郦冰峰

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 311800）

随着我国城市化和工业化进程日益加快，PM2.5污染已成为突出的环境问题，燃煤电厂排放的PM2.5虽仅占全国排放总量的10%～20%，但其排放总量庞大。我国尚未制订固定发生源烟气中PM2.5测定的标准方法，如何检测燃煤电厂PM2.5排放是目前研究的热点和难点［1－2］。

按照检测PM2.5机理不同，可分为重量法、电荷法、光学法。电荷法是通过测量颗粒物所带的电荷量来确定其质量，非常快捷，可实时得到颗粒物的质量浓度，方便工程现场测试，采用电荷法的典型仪器是电子低压冲击器（ELPI）。本文利用ELPI对燃煤电厂排放PM2.5进行测试研究，并分别尝试采用一级稀释器和两级稀释器进行测试比较，旨在摸索一种科学合理的PM2.5工程测试技术和方法。

1 ELPI检测原理

ELPI能够对可吸入颗粒物进行自动采样，在线测量可吸入颗粒物的数量浓度和粒径分布，具有在线监测和采集样品功能［1］。

ELPI的检测原理为：含有颗粒物的气流首先通过一个PM10的切割器，去除大于10μm的颗粒，而小于10μm的颗粒物在进入撞击器前首先通过荷电器荷电，然后气流从上而下通过每一级撞击器，经惯性分离将颗粒物由大到小分成12级，气流经最后一级的导流管排出撞击器。每级撞击器均对应有一个静电计和电流放大器来测量捕集到该级撞击板上的颗粒物所带电流值，由此电流值自动计算出颗粒物浓度。ELPI的响应时间是2～3 s，故支持在线测量。

ELPI通过检测电流信号换算颗粒数量浓度，颗粒经荷电器荷电后撞击铝膜产生电流信号，每级撞击器配有电流探针，电流信号放大后传输到处理软件中，数浓度的表达式为：

式中：d N为第i级撞击器上测得该粒径段的颗粒数浓度，个／cm3；Ii为该级撞击器上电流探针检测的电流值，f A；Xi为转换系数；Dis为斯托克斯粒径，μm；F、Fcalibration分别表示通过撞击器的实际流量和校准流量值。

式中：d M为第i级撞击器上测得该粒径段的颗粒质量浓度，mg／Nm3；ρ表示颗粒的真密度值，kg／m3。

数浓度换算质量浓度的表达式为：

2 ELPI测试设备连接

利用ELPI进行600 MW机组湿法脱硫（FGD）后PM2.5的数浓度、质量浓度测试的主要流程：首先对仪器设备进行预连接，再适当处理FGD出口烟道测孔，并确定气源、电源位置，分别尝试一级稀释器、两级稀释器和不加稀释器3种方案对大气和烟气进行采样，并比较数据范围。最终确定采用一级稀释器、两级稀释器测试方案，切割器加热到120～150℃，一级稀释器加热到80℃，压缩空气加热到90℃。ELPI测试设备连接如图1所示。

3 测量结果

3.1 采用两级稀释

扬州第二发电厂锅炉负荷为600 MW，用烟尘采样仪测试烟气流速为18 m／s，温度为55℃，查表得稀释比约为74（8.7×8.5），煤灰颗粒密度取文献参考值［3］，即2.1 g／cm3。为提高测试精度，采用多次测试取平均值的方法。两级稀释共测试7组数据，如表1所示。

图1 测试设备连接示意

由表1可知，采用两级稀释器，多次测试结果一致性较好。经计算，脱硫出口烟尘中PM1数量浓度为290341个／cm3，质量浓度为0.223 mg／m3；PM2.5数量浓度为290799个／cm3，质量浓度为0.5402 mg／m3；PM10数量浓度为291007个／cm3，质量浓度为6.8703 mg／m3。

3.2 采用一级稀释

在相同负荷、相同烟气条件下，ELPI一级稀释器，查表得稀释比为8.7，煤灰颗粒密度取2.1 g／cm3。ELPI采用一级稀释共测试3组数据，如表2所示。

由表2可知，采用一级稀释器，多次测试结果一致性较好。经计算，脱硫出口烟尘中PM1数浓度为289762个／cm3，质量浓度为0.4594 mg／m3；PM2.5数浓度为290122个／cm3，质量浓度为0.7586 mg／m3；PM10数浓度为290154个／cm3，质量浓度为2.7774 mg／m3。

4 数据分析

表1 ELPI采用两级稀释器时测试结果

下面分别将两级稀释和一级稀释的测试数据进行比较，将各测量工况数据取平均值，两种稀释比条件下各级颗粒数量浓度曲线如图2所示。

表2 ELPI采用一级稀释器时测试结果

图2 颗粒数浓度曲线

由图2可知，两种稀释比测得颗粒数浓度粒径分布规律基本一致，只在较大粒径段有些差异，但这种差异基本保持在一个数量级内，是由测量误差所致。

比较两种稀释比条件下PM1、PM2.5、PM10的数浓度如图3所示，质量浓度如图4所示。

图3 PM1、PM2.5、PM10数浓度柱状图

图4 PM1、PM2.5、PM10质量浓度柱状图

由图3和图4可知，采用两级稀释测得PM1、PM2.5、PM10数浓度结果均小于一级稀释；对于质量浓度，采用两级稀释测得PM1、PM2.5结果小于一级稀释，而PM10测量结果却大于一级稀释。这是因为采用两级稀释时第10、11级冲击器颗粒数浓度较多引起的。

湿法脱硫后烟气湿度较大，测试过程中需要避免水滴和冷凝水的影响，因此需要设烟气稀释、加热、保温等装置，减小水滴和冷凝水的影响。而稀释比越大，水滴对测试结果的影响越小，但同时空气稀释会造成部分颗粒损失，使大稀释比测试结果小于小稀释比时测试结果。因此实际测试过程中应根据实际情况（主要是烟气湿度）选择合适的稀释比，以提高测试结果的准确性。

5 结论

1）测试采用多次测试取平均值的方法，提高测试结果的准确性，且多次测试数据一致性较好。

2）两种稀释比测得颗粒数浓度粒径分布规律基本一致。

3）采用两级稀释测得PM1、PM2.5、PM10数浓度结果均小于一级稀释；对于质量浓度，采用两级稀释测得PM1、PM2.5结果小于一级稀释，而PM10测量结果却大于一级稀释。

［1］ 宁爱民，文军浩，郑德智，等.PM2.5监测技术及其比对测试研究进展［J］.计测技术，2013，33（4）：11-14.

［2］ 刘含笑，姚宇平，郦建国，等.PM2.5团聚测量技术及其研究进展［J］.电力与能源，2013（4）：118-123.

［3］ 刘含笑，姚宇平，郦建国，等.燃煤烟气的PM2.5现场测试技术研究［C］.第十五届中国电除尘学术会议论文集，2013.