[發(fā)明專利]耦合光散射和β射線測量燃煤煙氣顆粒物質量濃度的方法

有效

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• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108645767B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設計）人: 劉小偉;韓金克;徐明厚;陳棟;江盟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊;曹葆青

本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術領域，并公開了一種耦合光散射和β射線測量燃煤煙氣顆粒物質量濃度的方法，中心工作站控制采樣煙氣先后流經(jīng)光散射測量單元和β射線測量單元，在一個采樣周期開始通過光散射方法對當前β射線方法采樣時間進行優(yōu)化，然后通過一個采樣周期β射線方法對下一個采樣周期光散射方法進行密度校正，依次循環(huán)；采樣煙氣進入光散射測量單元前進行加熱處理防止煙氣流動過程中水蒸氣與硫等物質冷凝帶來測量誤差；該方法排除了煙氣中水分對顆粒物質量濃度測量結果的影響，實現(xiàn)了光散射法和β射線法的交互校正，獲得了含塵煙氣高精度實時測量結果。

技術領域

本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測技術領域，更具體地，涉及一種耦合光散射和β射線測量燃煤煙氣顆粒物質量濃度的方法。

背景技術

根據(jù)2014年9月國家發(fā)改委、環(huán)保部和能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》，在2020年之前東都地區(qū)現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組煙氣中顆粒物排放限值為10mg/Nm³，甚至低于5mg/Nm³。

而根據(jù)中電聯(lián)和美國環(huán)保協(xié)會發(fā)布的《燃煤電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀分析》，目前燃煤電廠CEMS測量技術的誤差限，特別是對低濃度顆粒物的誤差限，難以支撐“特別排放限值”及“超低排放”下的煙塵排放監(jiān)測及監(jiān)督。《固定污染源煙氣排放連續(xù)檢測技術規(guī)范》(HJ 75-2017)準確度驗收技術要求，對顆粒物質量濃度測量誤差，根據(jù)排放濃度大小分級進行規(guī)范，當顆粒排放濃度≤10mg/m³時，絕度誤差不超過±5mg/m³。

目前電廠顆粒物在線測量方法主要是光散射法(占比約79.3％)和濁度法(占比約19.4％)，其他的測量方法有β射線以及靜電測量法等方法也有一定的應用。

光學方法中消光法是根據(jù)激光穿過粉塵顆粒后的能量損失來反映粉塵顆粒質量濃度，而對于10mg/Nm³的低濃度粉塵時，激光強度幾乎不變，從而測量誤差較大，不適合低濃度粉塵濃度測量。

光散射法是在一定立體角內采集的粉塵顆粒的散射光，散射光強度與粉塵顆粒體積濃度成正比，適應低濃度粉塵測量，而且作為光學方法，測量響應時間短，實時性好，得到廣泛的應用，但是該方法受限于顆粒物自身物化性質，而且該方法只能獲得顆粒物體積濃度，如果需要獲得顆粒物質量濃度需要事先假定顆粒密度。然而實際上，燃煤電站粉塵顆粒的密度受煤種、燃燒工況、除塵效率等系列因素影響，差異較大；尤其是在低濃度粉塵測量時，這種密度變化的隨機性就會體現(xiàn)的更為明顯，因此對于燃煤煙氣顆粒物低濃度粉塵測量，缺乏密度信息的光散射法測量結果可靠性較差。

β射線法是根據(jù)通過濾帶捕集采樣的粉塵，利用β射線穿過濾帶上粉塵顆粒后能量衰減與顆粒質量成正比的原理，根據(jù)捕集的時間和采樣流量，獲得一個采樣周期(采樣時間)的粉塵質量濃度的平均值。β射線法測量物質質量時，β射線源通常產(chǎn)生一定能量的β射線，當所測物質使β射線強度減弱一半左右時所測物質的質量是更加準確的，濾膜收集顆粒物質量受顆粒物濃度和采樣周期的控制，特定的采樣周期難以保證測量結果的高度準確性；并且該方法只能反映一段時間內的平均值，實時性較差，不能滿足顆粒高精度在線測量的要求。

因此，目前針對超凈排放標準下的燃煤電廠顆粒物質量濃度在線監(jiān)測，部分原始測量方法已經(jīng)不再適，光散射法以及β射線法等雖然有一定發(fā)展，但是都存在自身的局限性，難以同時保證測量的實時性和準確性。為了解決這一矛盾，現(xiàn)有技術通過結合光散射測量法與β射線測量同時測量的方式來實現(xiàn)測量的實時性和準確性，例如專利CN104122180B、CN 105334147A，但是該技術仍有如下問題：

1)兩項專利中默認β射線測量方法是準確的，兩種方法的結合僅僅從邏輯上使用β射線法對光散射法進行校準，獲得光散射法測量顆粒物質量濃度的一個補償因子；但是β射線法測量過程中依然存在測量誤差，不能主觀認為是精確的。因此采用光散射法對β射線法進行反饋調整β射線法測量參數(shù)是非常必要的，對提高耦合測量裝置的準確度意義重大。