[发明专利]测量超低浓度烟尘的粒径分布和质量浓度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，更具体地，涉及测量超低浓度烟尘的粒径分布和质量浓度的装置及方法。

背景技术

近年来燃煤电厂污染物的排放是环境监测的重点和热点，特别是电厂排放烟尘的质量浓度更是监测的重中之重，所以其测定方法的研究得到了更加充分的重视。基于各种原理的测定的方法很多，按照实时性可以主要分为两种：取样法和非取样法。

取样法又称过滤称重法，即利用采样嘴采集烟尘颗粒过滤称重后，根据采样点处的烟气流量计算浓度。取样法主要包括：预测流速法、静压平衡测速法、动压平衡测速法、皮托管平行测速法等。

取样法原理简单，技术规范成熟。但取样法的测量结果反映的是污染物瞬时的排放状态，为了实现排放总量的测量必须采用能够实现长期、连续的实时监测的非取样法。

非取样法是利用烟尘颗粒物与射线、光等作用后所产生的衰减、散射等现象来间接测量烟尘浓度的方法。非取样法主要有以下几种：

(1)林格曼黑度法

此方法是利用视觉方法对烟气黑度进行评价，分为几个不同等级，不同等级代表着烟气浓度的高低值，通过将观察所得黑度与林格曼黑度浓度图比较，得出烟尘浓度。这种方法人为误差大、测量精度低导致其无法提供可靠准确的监测数据。尤其是对粒径小、浓度低的颗粒物来说，黑度法的测量误差很大。

(2)β射线法

射线法利用滤纸对烟尘进行连续采样，β射线穿过滤纸上的烟尘颗粒时，其强度会衰减，通过测量射线前后衰减的强度可以计算出烟尘的质量。但这种方法需要滤纸上有一定颗粒的积累，不能做到实时显示。

(3)压电振动法

压电振动法是利用压电材料由于附上烟尘颗粒后质量改变引起压电振动频率改变的原理来测量烟尘浓度。该方法测量结果较为可靠。但需要先对烟尘进行过滤，测量结构较为复杂，也不适应现场恶劣的监测环境。

(4)全散射法

将激光发射器和激光接收器安装在烟道两侧，经严格对中后，激光经过烟尘后由于颗粒对光的散射和吸收，使得透射光强衰减。根据Lambert-Beer定律，透射光强与颗粒大小和浓度相关，从而可以根据透射光衰减程度确定烟尘的质量浓度。消光法原理简单、技术相对成熟，已经广泛用于工业烟囱监测，缺点是针对多分散系粉尘气溶胶，其浓度测量需要预知被测对象的平均粒径或者粒径分布，这对于实际电厂变化的工况，预知其烟尘颗粒粒径分布并不容易；烟尘浓度过低时，消光作用不明显，测量效果较差；

(5)角散射法

光散射法是根据一定波长的光照射到烟尘中时，烟尘颗粒对光的散射强度与烟尘颗粒浓度成正相关，通过测定某一立体角内的散射光强度，可以计算出烟道内颗粒物浓度。但光散射法的监测结果受被测对象的粒径分布影响较大，且重复性较差。

随着电厂污染物排放标准越来越严格，近年来我国提出了超净排放的标准，在此标准下要求电厂排放烟尘的浓度要低于10mg/Nm³，且排放的烟尘粒径几乎都在PM₁₀以下，粒径小于PM_2.5的颗粒更是占了绝大部分，故上述方法如黑度法在如此低的浓度下测量误差很大，取样法、β射线法等能满足精度的要求但不能实时监测，压力平衡法和压电法则是适应不了现场的恶劣的监测环境，如何对现场低浓度小粒径的颗粒进行实时精确的监测，是现在环保监测的重点和难点。

随着光学技术和仪器的发展，光学方法用于对粉尘浓度进行监测的运用也越来越多，目前利用光学进行浓度监测的方法主要有光角散射法，光全散射法，其中光全散射法因其原理简单，测量方便，对仪器设备的要求较低，测量范围较宽，测量结果重复性好等优点得到了广泛应用。