电除尘专栏34期 燃煤电厂烟气中PM2.5测试方法

PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米（μm）的颗粒物。这里又提到一个空气动力学的概念，所谓空气动力学当量直径，是指某一种类的粉尘粒子，不论其形状、大小和密度如何，如果它在空气中的沉降速度与密度为1的球形粒子的沉降速度一样时，则这种球形粒子的直径即为该种粉尘粒子的空气动力学直径。

需要注意，空气动力学当量直径是与颗粒物的密度有关的，如果颗粒物是一个密度大于1的球体，那么它的空气动力学当量直径要小于其几何直径。空气动力学当量直径的另一个特点是同一空气动力学当量直径的尘粒趋向于沉降在人体呼吸道内的相同区域。

由于PM2.5自身的空气动力学当量直径比较小，在之前专栏中介绍的测试粉尘的方法，如预测流速采样法、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，已经不能准确测量PM2.5.

所以自2013年起，国内相关高校、科研单位和企业共同承担了国家高技术研究发展计划（863计划）“燃煤电站PM2.5捕集增效与优化技术与装备研制”，对燃煤电厂PM2.5测试技术进行了较为系统的研究，并取得一定进展，得到了如下结论“除尘器出口PM2.5质量浓度与总颗粒物在分别采用重量法和ELPI测试方法时，所得结果显示ELPI与重量法的测量结果虽然存在一定差异，但具有较好的相关性。

分别对比分析了DEKATIPM-10和ELPI、ELPI两级稀释和一级稀释的测试数据，并对湿法脱硫塔进出口采集烟气中的飞灰颗粒物样品进行了测试分析，为制定相关监测技术规范提供理论依据和实践基础。”最终又在结论的基础上编制了《燃煤烟气PM2.5测试技术指南》。

下面就来详细介绍几种适用于燃煤电厂烟气中PM2.5的测试仪器。目前国内测试人员在进行PM2.5的测试时，绝大多数采用美国或欧洲进口测试设备，这些设备原理大致有三种：重量法、电荷法和光学法。

一、重量法

固定污染源的PM2.5（一次颗粒物）测试中，以重量法作为测试标准的方法有：美国EPAmethod201A、ISO23210：2009、ISO/DIS13271：2011、日本JISK0302等测试方法。重量法是在烟道内等速采样，然后用冲击板或旋风子分离空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物，PM2.5则由滤膜或冲击板捕集，然后进行干燥称重。

属于这一类的测试仪器有WY型冲击式尘粒分级仪、DEKATIPM-10撞击器、DLPI（低压撞击器）等。重量法的优点是比较直观可靠，可以作为验证其他方法是否准确的标杆，但是它也具有一定的缺点，例如在烟尘浓度较低时，这种方法的采样时间较长，且人工称重程序比较繁琐费时。下面就来介绍重量法包含的几种方法和仪器。

1EPA方法

EPA的测量原理是通过等速采样嘴进入采样管的烟气首先经过Ⅰ级大气颗粒分割器，去除粒径大于10μm的颗粒物，再经过Ⅱ级颗粒分割器去除粒径为2.5～10μm的颗粒物，最后由滤膜来收集PM2.5，通过称重计算得到一次固态PM2.5浓度。经采样系统除去一次固态细颗粒物的烟气进入EPA方法202测试系统，以鼓泡方式穿过冲击罐中的水，硫酸雾、挥发性有机物等排放到大气会发生冷凝的物质被捕集在水中，最后通过计算得到总的PM2.5浓度。测量原理如图1所示。

图1EPA方法201A测量原理图

2ISO23210：2009方法

ISO23210：2009方法具体的工作原理是经等速采样嘴进入采样链的烟气，首先经由Ⅰ、Ⅱ级撞击器分离粒径大于10μm和粒径介于2.5～10μm的颗粒物，随后由滤膜收集PM2.5，采样结束后，测量滤膜收集到的PM2.5质量，计算PM2.5质量浓度。具体工作原理图如图2所示。撞击器原理图如图3所示。

图2ISO23210:2009方法测量原理图

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