固定污染源排放低濃度顆粒物監測方法研究

羅四國劉真貞王國貴全繼紅陶駿王強楊凱田一平*

（1湖北省環境監測中心站 湖北武漢 430072 2中國環境監測總站 北京 100012）

1 引言

GB/T16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》規范了應用采樣管結合濾筒采樣對固定污染源排氣中顆粒物的測定，該方法仍是目前手工監測顆粒物的經典方法。然而，依照此方法手工監測低濃度顆粒物時存在以下缺陷：（1）當顆粒物濃度低于50 mg/m3時，濾筒采集顆粒物的時間要求相對延長（不低于30min），經過烘干、稱重的濾筒長時間在低溫高濕的環境內采集顆粒物，濾筒因受潮在取拿時易破損而失重；（2）由于濾筒是由玻璃纖維一層層噴涂而成，當長時間氣流經過濾筒本身時，會導致玻璃纖維的流失甚至破損，造成濾筒本身的失重；（3）靜電除塵后排放的顆粒物往往帶有靜電，金屬制作的采樣嘴以及前彎管的內壁容易吸附顆粒物，而造成濾筒采集顆粒物總重上的損失。要克服以上缺陷，須改進采樣裝置。青島嶗山電子儀器總廠有限公司研發并制作了以采樣嘴、采樣彎頭和采樣膜一體化的采樣裝置，代替濾筒采集低濃度顆粒物。經現場監測比對實驗，該采樣裝置克服了濾筒稱重法在手工監測低濃度顆粒物方面易出現的誤差，其監測結果更趨近真值。

2 采樣嘴和前彎管及濾膜一體化采樣裝置的介紹

濾膜采樣裝置主要由彎管采樣嘴、玻璃纖維濾膜、濾網和鋁箔四部分組成（圖1）。其關鍵技術是對采樣頭、彎頭、濾膜及濾膜夾的結構、外形尺寸、重量、材質的要求。采樣頭采用不銹鋼彎管采樣嘴、濾膜、濾網為一體化設計，一起烘干、一起稱重，這樣避免了煙塵因靜電吸附在彎管采樣嘴上的稱重損失，所有進入低濃度采樣頭的顆粒物均被捕集，從而最大程度的保證了采樣精度。低濃度采樣頭的整個部件均為304不銹鋼材料，不存在采樣頭破損等引起的失重。

圖1 采樣頭組成

2.1 采樣嘴

采樣嘴的直徑與各采樣點處的排氣溫度、壓力、水分含量和氣流速度等參數決定著等速條件下各采樣點所需的采樣流量，因此需配置一系列不同直徑的取樣嘴，以確保在較寬的流速范圍內（3m/s至50m/s）等速跟蹤取樣，并避免樣氣流速的極端變化。

為避免干擾主氣流和取樣嘴頂端氣流的湍動，采樣嘴設計為尖嘴狀，在采樣嘴長度允許的情況下，將采樣嘴設計為彎曲半徑至少為采樣嘴內徑1.5倍。

2.2 濾膜網

為了避免濾膜介質的損失以及采樣氣流的穩定均勻，使用濾膜網來支撐濾膜，濾膜網的設計通常使用粗網過濾支架確保連接點處無氣體湍動。特殊加工的濾膜支撐片直徑47mm，厚度為0.2mm。支撐片上均勻分布了4000多個0.2mm直徑的孔，這樣的結構保證了濾膜的受力均勻性和氣流均勻性，從而實現濾膜的強度不會因為濾膜局部受力不均而破裂。

2.3 濾膜

濾膜是采集顆粒物參與稱重的核心部位，濾膜材質的選取尤為關鍵。濾膜材質不應吸收或與樣氣中的氣態化合物反應，在最大的采樣溫度下應是熱穩定的。一般都是用玻璃纖維的。玻璃纖維是常用濾膜，但存在邊緣切割不好也會造成掉渣的可能，所以現在采用特殊加工技術所做的濾膜，基本上解決了掉渣問題。濾膜過濾效率應大于99.5%，該效率使用液滴測試，在最大期望流率下，液滴平均直徑0.3μm，（或過濾效率應大于99.9%，使用液滴測試，在最大期望流率下，液滴平均直徑0.6μm）。此效率應由濾膜供應商證實。在大體積流率下，濾膜應由足夠的面積以確保壓力降足夠低符合指定的濾膜過濾效率。

低濃度顆粒物采樣頭是配合煙道低濃度采樣槍用的整體稱重而設計的（適用于測量煙塵濃度＜50mg/m3）（圖2）。

圖2 新型采樣頭

圖3 煙塵采樣槍的整體結構圖

煙塵采樣槍，采用了整體稱量的低濃度采樣嘴，專為采集低濃度煙塵而設計使用玻璃纖維濾筒采集低濃度顆粒物，因濕法脫硫后煙氣濕度大，濾筒受潮易破損，且濾筒的裝、取操作也非常麻煩?，F低濃度采樣頭設計用不銹鋼彎管采樣嘴、濾膜、濾網為一體，一起烘干、一起稱重，這樣減少了采樣誤差，提高了采樣精度，使整個采樣過程輕松、簡單。

3 濾筒與濾膜不同采樣裝置現場比對監測實驗

為論證濾膜采樣裝置測定低濃度顆粒物能克服慮筒采集顆粒物的損失誤差，我們選取華能陽邏電廠6號機組脫硫后出口進行了現場比對監測實驗，比較在低溫、高濕條件下用濾筒采樣裝置與濾膜采樣裝置測定低濃度顆粒物的區別。

3.1 實驗現場陽邏電廠6號機組工況該電廠6號機組設計生產能力均為13×108kW·h/季，采用石灰石石膏濕法脫硫工藝，設計效率96%，設計處理風量為220×104m3/h，采用靜電除塵。

3.2 實驗方法及過程

3.2.1 采用兩套TH-880F煙塵平行采樣儀 (武漢天虹智能儀表廠生產)，分別配有低濃度采樣槍和濾筒采樣槍。

3.2.2 在同一采樣口，預選嘴、測濕度后，將低濃度采樣管（槍）和濾筒采樣管（槍）插入采樣口（兩槍上下疊放在同一段面，因兩槍不在同一單點，煙氣流速略有不同，在采集二分之一時間段要互換上下疊放的采樣槍）。

3.2.3 分別對兩套TH-880F煙塵平行采樣儀設置相關的同樣參數，同時分別采集50min、60min各3個樣。

3.2.4 低濃度采樣管采樣頭一體化稱重

采樣后先用酒精或者丙酮，擦洗采塵管外部，然后放入105℃烘箱中烤1h，取出置于干燥皿中，冷卻至室溫，用感量0.01mg天平稱量至恒重，記錄下烘干后的終重。采樣前后整體重量之差，即為采取的顆粒物量。稱重完畢后將用過的濾膜、鋁箔更換，擦洗采樣頭內部，采樣頭放入盒內存儲。稱重過程

圖4 濾膜采樣頭稱重

3.2.5 玻璃纖維濾筒采樣后的稱重

采樣后的濾筒，放入105℃烘箱中烤1小時，取出置于干燥皿中，冷卻至室溫，用感量0.01mg天平稱量至恒重，記錄下烘干后的終重。采樣前后濾筒重量之差，即為采取的顆粒物量。3.2.6質控措施

比對測試前，做好低濃度采樣槍和濾筒采樣槍皮托管系數的校準，以保證兩套設備等速采樣體積接近；為克服系統誤差，兩套采樣設備采樣時各加做1個空白樣。

4 比對測試結果

4.1 采樣50min比對測試結果

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4.2 采樣60min比對測試結果

注：濾膜紅色數據，濾筒黑色數據

圖4 陽邏電廠對比監測

5 實驗結論

經過現場測試，得出如下結論：

5.1 在顆粒物濃度小于50mg/m3時，低濃度采樣裝置采集的顆粒物較濾筒采集的顆粒物濃度高，克服了因靜電吸附或濾筒破損造成的損失，監測結果更趨近真值。

5.2 低濃度采樣裝置適用于顆粒物濃度低于50mg/m3的情況，過高濃度的顆粒物會使濾膜堵塞造成采樣泵阻力過大而無法正常抽氣。

5.3 在顆粒物濃度低于50mg/m3時，采樣時間不足20min濾筒幾乎無增重，而用低濃度采樣裝置采樣，采樣頭整體稱重樣品幾乎無損失，因此，用低濃度采樣裝置監測低濃度顆粒物可縮短采樣時間，減少工作量。

5.4 低濃度顆粒物采樣時要精細，稱重應使用感量0.01mg的天平，使用感量低的天平會產生誤差。

[1]黃祖旭,白鴿,蘇小寧.低濃度煙塵采樣技術在CEMS手工對比監測中的應用和意義[J].2012,4(8).

[2]固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法GB/T 16157-1996[S].國家環境保護總局,北京:中國環境科學出版社,1996.

[3]固定污染源煙氣排放連續監測技術規范[S].國家環境保護總局,北京:中國環境科學出版社,2007.