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摘要：在过去30年里，在工业过程中安装和操作连续微粒排放监测器已成为工业烟囱和管道中的一种成熟和普遍的做法，反映了监管方面的监测要求。持续的排放监测设备不仅用于守规，还用于监测工厂性能、计算排放清单和汇编环境影响评估。烟气中携带的颗粒物质（PM）是由燃料或废物燃烧产生的。释放的颗粒的大小和数量取决于燃料的类型以及机械处理的过程。本文件概述了主要的工业排放源，介绍了主要类型的在线监测系统，并比较分析了目前可用于测量向大气释放的粉尘的在线监测技术。
关键词：固定源 低浓度颗粒物 在线监测技术
一．固定源低浓度颗粒物监测技术概述
在过去的一个世纪里，科学家和环境调节机构一直将颗粒物（PM）作为空气污染研究和控制的主要领域之一。颗粒物质以颗粒的形式释放，包括灰尘、灰尘或各种工业过程中通过烟囱向大气排放的快速凝聚的气溶胶。颗粒物的主要来源包括燃烧煤、石油、汽油/汽油、柴油、木材、生物质和高温工业过程，如冶炼厂和钢厂。颗粒物质的组成变化很大，可能包括硫酸盐、硝酸盐、氢离子、铵、元素碳、硅、氧化铝、有机化合物、微量元素、微量金属、颗粒结合水和生物有机物等物质。由于最近的立法变化，为满足管制要求而对颗粒物进行持续排放监测的问题相对来说是一个新兴问题。随着以质量浓度（以毫克/立方米表示）来界定排放限制的出现，而不是像过去那样以颜色或不透明度来界定，连续的微粒监测问题已成为一项新的和日益增长的管制要求。
工业烟囱的操作人员使用连续的微粒监测仪器，用于各种工艺和环境目的：（Ⅰ）对某一工艺提供更好的反馈，（Ⅱ）提供连续的控制，（Ⅲ）满足环境法规的要求。因此，可以根据所提供信息的质量和类型对颗粒物排放监测进行分类。总失效检测或破袋检测是最简单的微粒监测形式，因为它只是一种定性监测。警报被激活，以检测颗粒负载的显著增加，表明过滤器故障。用于过滤器故障检测的仪器不一定要准确，也不必在正常情况下具有测量粉尘水平的灵敏度。在这些情况下，没有必要进行仪器的校准，因为输出是相对尘埃输出，而不是绝对水平。测量单位通常是全尺寸的百分比或正常发射的因素。对于旨在评估遵守相关标准的 mg/m3浓度测量，颗粒物的绝对水平是一个至关重要的问题，仪器必须持续提供经过校准的输出。颗粒物排放监测是一个具有挑战性的技术领域，不仅因为颗粒物监测仪的特殊准确性和性能，还是因为它们必须在恶劣的环境中持续稳定运行。
二．固定排放源分析
电厂、油脂加工厂、水泥生产厂、城市垃圾焚烧厂等固定污染源对环境造成了一定的影响。此外，这些厂家的连续监测系统经常在艰苦的操作条件下工作。这一事实使得了解所排放的颗粒物的性质和浓度非常重要。因此，本段概述了主要的固定工业排放源，并描述了排放的颗粒物特征。在颗粒物排放方面，石油炼制链中最有问题的过程之一是较重馏分的流化催化裂化，因为它们的杂原子浓度、金属含量和结焦倾向较高。流化催化裂化在炼油工业中用于将重馏分转化为轻质产品。为了解决上述问题，已经进行了若干工艺和催化剂革新。新一代催化裂化催化剂技术已经出现与特制的催化剂更高的结构稳定性和磨损强度，更完整的一氧化碳燃烧再生，减少硫化物的排放从 FCC 烟囱。催化剂的损失是催化裂化装置粉尘排放的主要来源。催化裂化过程中使用的催化剂通常以180微米以下的细粉形式生产。它包括5%-40% 的沸石在基质的氧化铝，半合成粘土衍生凝胶或天然粘土。
在钢铁工业中，PM CEMS 已被用于提供关于过滤袋操作和维护的定性信息，但对于定量估计排放量的信息还不多。这些工厂被认为是 pm10和 pm2.5排放的主要来源。烧结厂的颗粒物排放量大幅减少，直至5毫克/nm3，可以通过织物过滤器持续不断地实现。文献中已有研究对颗粒物连续排放连续监测系统（CEMS）在钢厂排放定量评价中的适用性进行了检验。有研究学者在某钢铁熔炼车间的现场条件下，比较了不同的 PM 连续排放监测系统。测试使用了4种商业上可用的基于探针电气化和光散射的监测仪器。试验结果表明，对比仪器不适用于现场条件差异较大的粉尘排放量的定量估算。使用这些监测器定量测量排放的另一个问题是连续 PM 浓度监测器的校准。
PM 浓度低于2毫克/立方米，在钢铁熔炼车间大部分时间占主导地位，不能非常可靠地测量。
三．颗粒物连续排放监测技术分析
3.1 原理分析
测量粉尘浓度的仪器中使用的主要分析原理涉及到了不透明光散射，β衰减，探针带电（电动装置）。基于这些技术的PM CEMS必须通过重量和等速采样进行校准，以提供以 mg/m3为单位的粉尘浓度的连续输出。实际上，重量取样是唯一能够给出真实浓度的方法。重量取样按等动力学方法进行：即收集到的颗粒在取样喷嘴中的速度与流中其他地方的速度相同。这提高了结果的准确性和可靠性。
3.2 不透明度分析
根据比尔斯-兰伯特定律，透明度计测量光束通过堆栈时由于吸收和散射而导致的光强减少。这些仪器的基本工作原理是可见光的准直光束通过气体流指向接收光学。接收光学器件测量光强的减少，仪器电子器件将信号转换成仪器输出。这些仪器测量烟密度的透射率、不透明度、林格曼单位或光密度（消光度）和/或颗粒的质量浓度（mg/Nm3）。
不透明度的监测设备有两种工作形式。单路径监视器只是投射一束通过管道到接收器。双光束装置在与光源相对的堆栈的另一侧具有反射镜，并且光束被投射到两个收发器之间。这使得每个收发器能够通过使用定期插入到光束路径中的干净镜子来补偿逐渐的窗口污染。这样，由于传感器的不对中引起的任何误差都可以得到补偿。双通不透明度计允许所有的仪器电子设备合并到一个单元。将光源和探测器合并到一个仪器中还可以直接测量光的损失。实际上，光源强度和光损耗是同时测量和比较的。这有助于防止由于光源强度降低而导致的不准确读数，这是基本仪表中的一个常见问题。作为 PM CEMS 使用的不透明度计应使用红光或近红外光源，而不是传统不透明度监测仪上使用的白光源，因为某一特定气溶胶类型的消光至质量浓度取决于可见光光谱中的粒子大小，而几乎与红外波长中的粒子大小无关。
3.3 基于β射线衰减原理的仪器技术
β 粒径采样器是目前唯一能够连续测量颗粒物质量浓度的系统。粒子被收集在一个过滤带和 β 粒子从放射源传输的变化被监测。通过一个小喷嘴从管道中抽取颗粒状载气。提取速率由管道流量传感系统控制。将捕获到的物质放在一个不断移动的胶带上，然后用 β 仪测量其质量。β衰减测量系统的两个主要组成部分是β源（一般为碳 -14）和探测器。许多不同类型的探测器可以量化 β 粒子计数，但最广泛使用的是盖革缪勒计数器或光电二极管探测器。β系统不提供短期的粒子动态监测和单点测量可能并不总是具有代表性。加热等速取样系统容易出现维护问题。测量是根据已经在磁带上的毫克/立方米的参考测量值进行的。
四．小结
根据文献分析结果，工业应用中最常用的颗粒物连续监测系统是光散射、不透明度计和电气化装置。从微粒仪器中获得良好结果的一个基本问题是确保仪器适合预期应用的目的。一般来说，散射仪器比不透明仪器测量的排放量要低得多，因此适用于由高效袋式过滤器控制的过程。与后向散射、不透明度和动态不透明度系统相比，探针前向散射技术可用于精确监测极低的粉尘浓度。就电气化装置而言，如果与不透明系统相比，它们不会出现偏差，适用于测量0.1毫克/立方米以下的粉尘水平。对于静电除尘器带电粒子的情况，通电技术超出了其应用范围，光散射可以提供另一种解决方案。
参考文献：
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