標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置給料發(fā)生器的研制與應(yīng)用

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍巖 364000）

低濃度顆粒物測試與SO2測試不同，有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可以溯源，所以一些單位采用模擬實(shí)際煙氣條件的標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置來校準(zhǔn)顆粒物濃度。這種標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置普遍采用一些微型給料機(jī)或氣溶膠發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)顆粒物給料。給料機(jī)最低給料量一般只能達(dá)到5 g/h，且會(huì)成團(tuán)狀或塊狀的給料，穩(wěn)定均勻性差。氣溶膠發(fā)生器在低給料量時(shí)雖然可以成粉末狀給料，但給料穩(wěn)定均勻性大于20%～30%，直接影響實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性和校準(zhǔn)顆粒物濃度的準(zhǔn)確度。

本文針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置[1-2]的給料進(jìn)行了試驗(yàn)研究，可為低濃度顆粒物測試與校準(zhǔn)等提供技術(shù)支撐。

1 給料發(fā)生器的研制

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置設(shè)計(jì)要求，給料發(fā)生器的最低給料量應(yīng)小于3 g/h，且穩(wěn)定均勻性不大于10%。本給料發(fā)生器是基于WLS-0.05X200微小型螺旋給料機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的。改進(jìn)措施包括：①將螺旋給料機(jī)的下料管切除，使給料螺桿與給料套管的端部平齊；②在出料口沿給料螺桿軸線方向安裝刮掃裝置，由變頻電機(jī)控制的毛刷對(duì)出料口出來的顆粒物實(shí)施刮掃，將團(tuán)狀或塊狀的顆粒物刮掃成粉末狀；③根據(jù)文丘里原理采用3D打印技術(shù)制作稀釋器，刮掃出來的顆粒物經(jīng)過稀釋器進(jìn)行稀釋實(shí)現(xiàn)更低的給料；④下料斗溜角應(yīng)大于80°且內(nèi)壁光滑，確保刮掃出來的顆粒物全部進(jìn)入稀釋器。

經(jīng)過改進(jìn)的給料發(fā)生器[3]如圖1所示，其工作原理是：給料機(jī)通過攪拌器將顆粒物攪拌進(jìn)給料螺桿，給料螺桿在給料變頻電機(jī)的帶動(dòng)下將顆粒物輸送至出料口，由變頻電機(jī)控制的毛刷對(duì)出料口出來的顆粒物實(shí)施刮掃，使顆粒物由團(tuán)狀或塊狀變成粉末狀，穩(wěn)定均勻地將顆粒物刮掃進(jìn)下料斗；稀釋器在空壓機(jī)的作用下，使壓縮空氣通過稀釋器環(huán)形噴射孔進(jìn)入稀釋器內(nèi)腔，環(huán)形噴射孔與進(jìn)料口相連接，壓縮空氣高速通過環(huán)形噴射孔時(shí)在進(jìn)料口產(chǎn)生負(fù)壓，誘導(dǎo)下料斗中的顆粒物從進(jìn)料口通過噴射孔進(jìn)入稀釋器內(nèi)腔，再與潔凈空氣充分混合；混合后含有顆粒物的氣流以穩(wěn)定的稀釋比分別進(jìn)入稀釋器的2個(gè)口（1個(gè)為需求氣出口，另1個(gè)為多余氣出口），經(jīng)多余氣出口排出的大部分顆粒物通過布袋進(jìn)行回收，需求氣出口與校準(zhǔn)裝置連接，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷地給料。

2 試驗(yàn)方法

按圖1安裝連接好各部件后，依次開啟攪拌機(jī)、給料變頻電機(jī)，待顆粒物從出料口出來后用玻璃器皿截留顆粒物，稱量刮掃前的給料量，再開啟刮掃裝置用玻璃器皿截留顆粒物，稱量刮掃后的給料量，然后開啟空壓機(jī)，在稀釋器的內(nèi)管接口通過軟管連接裝有濾筒的采樣頭，每隔1 min連續(xù)采集60個(gè)樣品。通過稱量濾筒的初重和終重得到稀釋后的給料量，然后計(jì)算相對(duì)均方根差值，以此值來衡量給料穩(wěn)定均勻性。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本試驗(yàn)用粉塵中位粒徑為10.505 μm，試驗(yàn)前將粉塵放置105℃干燥箱中烘干后移入干燥皿中冷卻備用。

3.1 刮掃前后的給料量和穩(wěn)定均勻性

經(jīng)過改進(jìn)后的給料發(fā)生器刮掃前后不同給料頻率的給料量和穩(wěn)定均勻性試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 不同給料頻率刮掃前后的給料量和穩(wěn)定均勻性

從表1可知：當(dāng)給料頻率為2～20 Hz時(shí)，刮掃裝置刮掃前后的給料量變化不大，刮掃后給料穩(wěn)定均勻性有顯著改善，其中給料量為20 g/h以上時(shí)給料穩(wěn)定均勻性小于10%，確保了給料量較大時(shí)的穩(wěn)定均勻性。

3.2 稀釋前后的給料量和穩(wěn)定均勻性

由于給料發(fā)生器刮掃后，在給料穩(wěn)定均勻性滿足時(shí)給料量大于3 g/h，故對(duì)給料量進(jìn)行稀釋。在增加稀釋器后不同給料頻率的給料試驗(yàn)結(jié)果如表2。從表2可知：稀釋后最低給料量僅為1.9 g/h，且給料穩(wěn)定均勻性小于8%，最低給料量和穩(wěn)定均勻性均滿足標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)要求。

表2 稀釋前后不同給料頻率的給料試驗(yàn)結(jié)果

為分析計(jì)算不同給料頻率下稀釋前后給料量，對(duì)稀釋前后給料量按線性回歸，回歸后稀釋前后的斜率分別為1.8755、0.1757，截距分別為1.3995、-0.2562，相關(guān)系數(shù)r值分別為0.9997、0.9979。按照選定顯著性水平α和觀測點(diǎn)數(shù)目n減去2的數(shù)值（自由度），可在相關(guān)系數(shù)臨界值表中查出相應(yīng)臨界值r0分別為 0.999（α=0.001）、0.990（α=0.01）。 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)r≥r0，那么給料機(jī)給料頻率與稀釋前后給料量存在很好的線性關(guān)系，而且可信度分別高達(dá)99.9%、99.0%。

為通過稀釋比計(jì)算稀釋器后的給料量，對(duì)稀釋器的稀釋比按多項(xiàng)式進(jìn)行回歸，回歸后的方程式如公式（1），相關(guān)系數(shù)r值為0.9557。按照選定顯著性水平α和觀測點(diǎn)數(shù)目n減去2的數(shù)值（自由度），可在相關(guān)系數(shù)臨界值表中查出相應(yīng)臨界值r0（α=0.05）為0.950。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)r≥r0，那么給料機(jī)給料頻率與稀釋比之間存在很好的線性相關(guān)關(guān)系，而且可信度高達(dá)95.0%。

式中：y為稀釋比；x為給料機(jī)給料頻率，Hz。

4 實(shí)際應(yīng)用

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置模擬濕法脫硫后飽和濕煙氣時(shí)，通過煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）監(jiān)測按每分鐘數(shù)據(jù)導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)的不同顆粒物濃度穩(wěn)定均勻性如表3。從表3可知：當(dāng)給料量為 1.9～8.0 g/h 時(shí)，CEMS 顆粒物濃度為 3.9～16.3 mg/Nm3，穩(wěn)定均勻性為1.4%～4.8%，小于5%。由于標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置的煙氣流量是一定的，那么顆粒物濃度的穩(wěn)定均勻性即為給料穩(wěn)定均勻性。說明給料發(fā)生器的給料量低，且穩(wěn)定均勻，適用于標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置的給料。

表3 CEMS不同顆粒物濃度的穩(wěn)定均勻性

5 結(jié)論

（1）通過切除微小型螺旋給料機(jī)的下料管，使給料螺桿和給料套管端部平齊，并增加刮掃裝置和稀釋系統(tǒng)后的給料發(fā)生器最低給料量可達(dá)1.9 g/h，給料穩(wěn)定均勻性小于8%，且可信度高，優(yōu)于國外的氣溶膠發(fā)生器。

（2）標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置的不同顆粒物濃度可通過調(diào)整給料發(fā)生器的給料頻率來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給料，且操作簡便。

（3）給料發(fā)生器通過在標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置的實(shí)際應(yīng)用表明，該發(fā)生器的給料量低，且穩(wěn)定均勻，適用于標(biāo)準(zhǔn)粉塵發(fā)生裝置，可為低濃度顆粒物測試與校準(zhǔn)等提供技術(shù)支撐。