[发明专利]耦合光散射和β射线测量燃煤烟气颗粒物质量浓度的方法

说明书

本发明属于环境监测技术领域，并公开了一种耦合光散射和β射线测量燃煤烟气颗粒物质量浓度的方法，中心工作站控制采样烟气先后流经光散射测量单元和β射线测量单元，在一个采样周期开始通过光散射方法对当前β射线方法采样时间进行优化，然后通过一个采样周期β射线方法对下一个采样周期光散射方法进行密度校正，依次循环；采样烟气进入光散射测量单元前进行加热处理防止烟气流动过程中水蒸气与硫等物质冷凝带来测量误差；该方法排除了烟气中水分对颗粒物质量浓度测量结果的影响，实现了光散射法和β射线法的交互校正，获得了含尘烟气高精度实时测量结果。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，更具体地，涉及一种耦合光散射和β射线测量燃煤烟气颗粒物质量浓度的方法。

背景技术

根据2014年9月国家发改委、环保部和能源局联合下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划》，在2020年之前东都地区现役燃煤发电机组烟气中颗粒物排放限值为10mg/Nm³，甚至低于5mg/Nm³。

而根据中电联和美国环保协会发布的《燃煤电厂烟气排放连续监测系统现状分析》，目前燃煤电厂CEMS测量技术的误差限，特别是对低浓度颗粒物的误差限，难以支撑“特别排放限值”及“超低排放”下的烟尘排放监测及监督。《固定污染源烟气排放连续检测技术规范》(HJ 75-2017)准确度验收技术要求，对颗粒物质量浓度测量误差，根据排放浓度大小分级进行规范，当颗粒排放浓度≤10mg/m³时，绝度误差不超过±5mg/m³。

目前电厂颗粒物在线测量方法主要是光散射法(占比约79.3％)和浊度法(占比约19.4％)，其他的测量方法有β射线以及静电测量法等方法也有一定的应用。

光学方法中消光法是根据激光穿过粉尘颗粒后的能量损失来反映粉尘颗粒质量浓度，而对于10mg/Nm³的低浓度粉尘时，激光强度几乎不变，从而测量误差较大，不适合低浓度粉尘浓度测量。

光散射法是在一定立体角内采集的粉尘颗粒的散射光，散射光强度与粉尘颗粒体积浓度成正比，适应低浓度粉尘测量，而且作为光学方法，测量响应时间短，实时性好，得到广泛的应用，但是该方法受限于颗粒物自身物化性质，而且该方法只能获得颗粒物体积浓度，如果需要获得颗粒物质量浓度需要事先假定颗粒密度。然而实际上，燃煤电站粉尘颗粒的密度受煤种、燃烧工况、除尘效率等系列因素影响，差异较大；尤其是在低浓度粉尘测量时，这种密度变化的随机性就会体现的更为明显，因此对于燃煤烟气颗粒物低浓度粉尘测量，缺乏密度信息的光散射法测量结果可靠性较差。

β射线法是根据通过滤带捕集采样的粉尘，利用β射线穿过滤带上粉尘颗粒后能量衰减与颗粒质量成正比的原理，根据捕集的时间和采样流量，获得一个采样周期(采样时间)的粉尘质量浓度的平均值。β射线法测量物质质量时，β射线源通常产生一定能量的β射线，当所测物质使β射线强度减弱一半左右时所测物质的质量是更加准确的，滤膜收集颗粒物质量受颗粒物浓度和采样周期的控制，特定的采样周期难以保证测量结果的高度准确性；并且该方法只能反映一段时间内的平均值，实时性较差，不能满足颗粒高精度在线测量的要求。

因此，目前针对超净排放标准下的燃煤电厂颗粒物质量浓度在线监测，部分原始测量方法已经不再适，光散射法以及β射线法等虽然有一定发展，但是都存在自身的局限性，难以同时保证测量的实时性和准确性。为了解决这一矛盾，现有技术通过结合光散射测量法与β射线测量同时测量的方式来实现测量的实时性和准确性，例如专利CN104122180B、CN 105334147A，但是该技术仍有如下问题：

1)两项专利中默认β射线测量方法是准确的，两种方法的结合仅仅从逻辑上使用β射线法对光散射法进行校准，获得光散射法测量颗粒物质量浓度的一个补偿因子；但是β射线法测量过程中依然存在测量误差，不能主观认为是精确的。因此采用光散射法对β射线法进行反馈调整β射线法测量参数是非常必要的，对提高耦合测量装置的准确度意义重大。