錢新鳳

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司華東電力試驗研究院， 安徽 合肥 230088)

0 引言

除塵效率、漏風(fēng)率等作為除塵器設(shè)計的主要參數(shù)，是表征除塵器效果優(yōu)劣的重要性能指標(biāo)，可直接決定除塵器出口煙塵濃度的大小，進(jìn)而影響煙囪排放煙塵濃度是否達(dá)標(biāo)。電除塵器性能的評估試驗中，各項參數(shù)測定誤差的大小直接影響除塵器性能評價的準(zhǔn)確性及可靠性。在實現(xiàn)超低排放的大背景下，相關(guān)數(shù)據(jù)的參考價值突顯。在這種條件下，有必要對煙塵(氣)采樣過程的誤差來源進(jìn)行歸類，對誤差的傳遞過程進(jìn)行理論分析與實例計算，以便對產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)提出控制方法，同時為除塵器性能測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供支撐條件和保障。

1 煙塵(氣)采樣誤差來源概述

煙塵(氣)采樣測定誤差的來源廣泛，包括取樣方法、儀器設(shè)備、環(huán)境條件以及測量人員等方面，大致歸納為四類，見表1。

表1 煙塵(氣)采樣誤差來源分類

其中，過失(疏失)誤差的觀測數(shù)值背離了統(tǒng)計學(xué)概率論的正態(tài)分布—即高斯定律，因此在測量過程中，應(yīng)隨時檢查觀測值，并與有關(guān)的其他工況參數(shù)相校核，若發(fā)生顯著偏離，則可能是疏失誤差造成的，應(yīng)及時剔除。測量設(shè)備引入的誤差主要取決于試驗儀器的精度，而由測量方法及環(huán)境變化所產(chǎn)生的誤差可借用統(tǒng)計學(xué)的方法計算分析來對其進(jìn)行控制。

2 除塵效率及漏風(fēng)率測定誤差的傳遞及理論計算

除塵性能試驗中，除塵效率屬于間接測量的量，間接測量的量與其產(chǎn)生的誤差均由直接測量值通過對應(yīng)的函數(shù)公式計算得到。設(shè)在間接測量中，函數(shù)形式如下：

Y

=

F

(

X

,

X

,…,

X

)

(1)

式中，

X

,

X

,…,

X

為直接測量值；

Y

為間接測量值。

假設(shè)各個直接測量值相互獨立，則總的極限誤差為:

(2)

目前，除塵效率的測定通常采用《電除塵器性能測試方法》(GB/T 13931-2017)和《袋式除塵器技術(shù)要求》(GB/T 6719-2009)中規(guī)定的方法，其計算公式為：

(3)

式中，

η

為除塵效率，

%

；

C

、

C

分別表示除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度，mg/m；

Δσ

為漏風(fēng)率，

%

。

由(3)式可知，除塵效率的測定誤差主要與除塵器漏風(fēng)率及進(jìn)、出口煙塵濃度的測定誤差密切相關(guān)。

2.1 除塵器煙塵濃度測定誤差分析計算

常使用濾筒進(jìn)行煙塵濃度的測定，根據(jù)采樣前后濾筒增加的質(zhì)量和采樣體積計算，公式如下：

(4)

式中，

M

、

M

為采樣前后的濾筒質(zhì)量，mg；

V

為標(biāo)況下的采樣體積，m；

ΔM

為測點處采集的煙塵量，mg。

由誤差理論和(4)式得出煙塵濃度的測定誤差為：

(5)

由(5)式可得出：

1)煙塵濃度的測量誤差主要與所用儀表精度(

W

、

W

)、標(biāo)況采樣體積

V

及灰樣重量

ΔM

有關(guān)。2)煙塵測定儀器一旦確定后，

W

、

W

為定值，則煙塵濃度的測量誤差主要取決于

V

和

ΔM

，一般采樣體積越大，煙塵濃度測量誤差越小。

2.2 除塵器漏風(fēng)率測定誤差分析計算

通過除塵器進(jìn)出口的煙氣氧含量得出漏風(fēng)率，其計算公式為:

(6)

式中，

O

、

O

為電除塵器進(jìn)、出口斷面煙氣平均含氧量，

%

；

K

為20

.

9

%

(大氣中含氧量，根據(jù)海拔高度表查得)。

由誤差理論和(6)式得出漏風(fēng)率的測定誤差為：

(7)

由于除塵器進(jìn)出口采用同型號儀器進(jìn)行測定，則

W

=

W

=

W

=0

.

1

%

，(7)式簡化成:

(8)

2.3 除塵效率測定誤差分析計算

由誤差理論和(3)式得出除塵效率的測定誤差為：

(9)

因此，(9)式可改寫為：

(10)

(10)式即為除塵效率測定誤差理論計算公式。

由(10)式可知，當(dāng)除塵器進(jìn)、出口煙塵濃度及漏風(fēng)率被確定后，除塵效率的總誤差主要取決于二者的測定誤差，深度分析(5)、(8)和(10)式，得出在選定測試儀器且不考慮外界環(huán)境變化的前提下，除塵效率測定的總誤差主要取決于采樣體積，而采樣體積通常與取樣時間、等速吸引的穩(wěn)定性等有關(guān)。因此，為了減少除塵效率的測定誤差，在采樣條件允許的情況下，應(yīng)盡量選取較長的取樣時間來得到較大的采樣體積。

3 煙塵采樣及除塵效率誤差的實例分析計算

對國內(nèi)某電廠660 MW超臨界燃煤機(jī)組電除塵器進(jìn)行相關(guān)性能試驗，煙道測點處截面積為17.50 m。測量過程中，每個采樣孔布5個測點，采用皮托管網(wǎng)格法等速采集煙塵樣品，測點布置示意圖見圖1。

圖1 某電廠660 MW機(jī)組電除塵器進(jìn)、出口煙道網(wǎng)格法布點示意圖

其中，進(jìn)口每個測點采樣時間為30秒，出口每點采樣時間為1分鐘；將采集至濾筒的灰樣放置在200 ℃的烘箱內(nèi)烘烤1 h，消除高溫采樣時濾筒失重的影響，冷卻后再在105 ℃～110 ℃恒溫下，烘干2 h，然后置于干燥器中冷至室溫；含氧量選擇近煙道中心一點測試。部分測量結(jié)果見表2，根據(jù)表中數(shù)據(jù)以及電廠除塵器進(jìn)出口實際斷面情況，現(xiàn)分別對A、B列測孔的煙塵濃度、漏風(fēng)率、除塵效率的誤差進(jìn)行計算。

表2 某電廠660 MW機(jī)組電除塵器進(jìn)、出口煙道測試數(shù)據(jù)

3.1 煙塵濃度測定誤差實例計算

根據(jù)(5)式及表2，得到A、B列測孔的進(jìn)出口煙塵濃度的誤差，其中

W

、

W

與儀器精度有關(guān)，由于所用天平為萬分之一天平，采塵儀器為嶗應(yīng)3012H自動煙塵測試儀，因此

W

=0.1 mg，

W

=0.1×10m，計算過程如下(下標(biāo)i表示進(jìn)口，o表示出口，下同)。

A列測孔進(jìn)口煙塵濃度的測定誤差：

A列測孔出口煙塵濃度的測定誤差：

同理，B列測孔進(jìn)、出口煙塵濃度的測定誤差：

W

iB=±74

.

91 mg/m

W

iB=±0

.

59 mg/m由計算過程看出，對于除塵器進(jìn)口煙塵濃度的測量，天平引入的誤差分量相對于采塵過程中體積測量引入的誤差分量可忽略不計，而對于除塵器出口，由于采樣體積的增加，體積引入的誤差遠(yuǎn)小于天平引入的誤差，且出口的整體濃度誤差值明顯小于進(jìn)口誤差值。因此濃度計算過程的誤差主要來源于測量的儀器精度，再一次證明前文中的結(jié)論：當(dāng)選定測試儀器后，

W

、

W

為定值，此時，煙塵測定濃度的誤差主要受采樣體積

V

和灰樣重量

ΔM

的影響，且誤差公式中

V

的冪指數(shù)大于的

ΔM

的冪指數(shù)，

V

的變動對整體的濃度誤差值的貢獻(xiàn)較明顯，因此可以通過增加采樣體積來減小誤差。

3.2 漏風(fēng)率測定誤差實例計算

根據(jù)(7)、(8)式及表2，得到A、B列測孔漏風(fēng)率的誤差。

A列測孔漏風(fēng)率測定誤差：

同理，B列測孔漏風(fēng)率測定誤差：

W

B=±0

.

008 7

采塵儀器確定后，除塵器漏風(fēng)率的測定誤差取決于進(jìn)出口煙氣氧含量的大小，由計算過程看出，進(jìn)出口氧含量的大小對漏風(fēng)率測定誤差的貢獻(xiàn)相當(dāng)且不可避免，務(wù)必保證進(jìn)出口氧量的同時測定，不能出現(xiàn)測量時間上的延后。

3.3 除塵效率測定誤差實例計算

根據(jù)(10)式及表2，得到A、B列測孔除塵效率的測定誤差。

A列測孔除塵效率測定誤差：

B列測孔除塵效率測定誤差：

4 誤差的分析與控制

除塵效率、漏風(fēng)率等參數(shù)誤差的傳遞與計算對于指導(dǎo)實際工作固然重要，此外，若能找出誤差產(chǎn)生的源頭并對其進(jìn)行有效控制，那么不僅能規(guī)范技術(shù)人員的操作，也能從根源上減小誤差，進(jìn)一步提高了測量的準(zhǔn)確性。

4.1 采樣濾筒的預(yù)處理與分析

4

.

1

.

1 濾筒的篩選

在電廠煙塵采集試驗中一般使用規(guī)格為70 mm×28 mm的玻璃纖維濾筒，其標(biāo)準(zhǔn)重量為1±0.2 g。稱量過程中，若超出此范圍則會造成試驗的誤差，應(yīng)剔除。原因如下：高于重量上限會因濾筒壁厚增加使抽氣阻力增大，降低捕集效率；低于重量下限則會因濾筒壁薄使其承受的強(qiáng)度下降，試驗中易造成濾筒的損壞。

4.1.2 濾筒的稱量與存取

由于濾筒材質(zhì)以及玻璃纖維本身的吸濕特性，烘干冷卻后的濾筒在稱量的過程中存在吸濕現(xiàn)象，造成天平顯示不穩(wěn)。尤其南方潮濕氣候多，吸濕嚴(yán)重，天平的讀數(shù)不易穩(wěn)定。由于不同濾筒的吸濕能力存在差異，穩(wěn)定時間也無法保持一致，若等到讀數(shù)穩(wěn)定再記錄必然會產(chǎn)生誤差。因此，稱量要迅速且規(guī)范，減小因濾筒吸濕而造成的稱量誤差。

為了保證濾筒測量的準(zhǔn)確無誤，還須注意以下幾方面：采樣前，稱好的濾筒應(yīng)保存在專用的盒子中，務(wù)必保證與外界隔離；采樣完成后，從煙道中取出采樣槍且不能倒置，用干凈鑷子將濾筒取出后，使用細(xì)毛刷將附著在前彎管內(nèi)的煙塵刷到濾筒中，盡量保證彎管中的塵樣完全轉(zhuǎn)移到濾筒中，并保持手掌干凈，同時封閉濾筒的開口處將其封存在專用塑料盒中。

4.1.3 設(shè)置空白對比濾筒消除現(xiàn)場環(huán)境誤差

在室內(nèi)進(jìn)行濾筒的烘干、冷卻以及稱量的過程中會產(chǎn)生誤差，而室外采樣現(xiàn)場帶來的誤差更大且不可操控性更高，因此可使用空白濾筒進(jìn)行對比試驗，從室內(nèi)到室外進(jìn)行全程陪伴，將其作為對比，校正其他濾筒在整個試驗中產(chǎn)生的誤差。

4.2 煙塵(氣)采樣的誤差分析

4.2.1 煙塵與煙氣采樣不同步

除塵器性能試驗中，煙塵(氣)測量的步驟如下：先測出SO、NO、O含量后，再進(jìn)行煙塵的測量，即煙氣和煙塵采樣不同步。然而，煙氣量的表示使用的是采集煙塵時的標(biāo)干流量，而不是采集煙氣時的標(biāo)干流量，這兩個標(biāo)干流量不一定相同，因此氣量的計算將產(chǎn)生誤差。煙氣的標(biāo)干流量受工況環(huán)境影響較大，因此為了減少煙塵與煙氣采樣不同步產(chǎn)生的誤差，務(wù)必保證在工況穩(wěn)定的條件下完成實驗。

4.2.2 測點位置選擇不合理造成的不等速采樣

煙塵采樣過程中，只有實現(xiàn)等速采樣，煙塵測試結(jié)果才具有代表性。采樣速度能否跟蹤煙氣變化速度，主要取決于煙塵測試位置的選擇是否合適。為了減小不等速采樣的誤差，應(yīng)合理規(guī)劃與選擇采樣位置和測點數(shù)。《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157-1996)規(guī)定：測定位置應(yīng)盡量選擇在垂直管段，應(yīng)避免煙道彎頭及斷面形狀急劇變化的部位。采樣位置應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門和其他變徑管的下游方向大于6倍直徑處和距上述部位的上游方向大于3倍直徑處。因為這樣的位置氣流較穩(wěn)定，塵粒分布均勻，采集到的樣品具有代表性。而在現(xiàn)場測試過程中，各廠情況各異，部分測試平臺空間位置有限，并不能完全滿足上述測試條件，此時，電廠負(fù)荷較小的變化都會導(dǎo)致煙氣流速和方向發(fā)生較大的改變。因此，需多點測量、多次測量，增加不同方位的測試孔和測點。

4.2.3 測孔的積灰與密封

長期的腐蝕與不得當(dāng)?shù)木S護(hù)使測孔有嚴(yán)重積灰和生銹現(xiàn)象，為了避免測孔的灰塵污染濾筒，在測孔打開后應(yīng)及時將測孔的積灰清除干凈。

采樣煙道若處于負(fù)壓狀態(tài)，應(yīng)用棉布將測孔封堵嚴(yán)實，若測孔口徑較大則更需增強(qiáng)密封性，以避免因密封不嚴(yán)實會造成的大量冷空氣被吸入煙道，導(dǎo)致含氧量增加并擾亂氣流，嚴(yán)重影響煙氣流速，導(dǎo)致測試結(jié)果誤差增大。

4.2.4 采樣嘴的選取與維護(hù)

采樣嘴的正確選擇對測定結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。采樣嘴必須保持內(nèi)外表面光滑，不應(yīng)有急劇地斷面變化，且在工作現(xiàn)場應(yīng)避免采樣嘴與煙道壁的磕碰以防止其變形。此外，采樣嘴過大或過小均會造成不等速采樣，使采樣濃度與真實濃度有較大偏差。采樣期間，采樣嘴軸線應(yīng)正對氣流方向，如果二者之間存在夾角，夾角越大，誤差也會增大。

由于除塵器進(jìn)口處煙塵濃度一般較大，煙槍測壓孔及采樣嘴易堵塞，需及時清除積灰，否則會造成較大誤差。

4.2.5 采樣時間的選取

由于濾筒捕塵能力的有限性，在實際采樣中，煙塵在濾筒上不斷聚集，阻力逐漸增大。應(yīng)根據(jù)實際煙塵濃度及時調(diào)整采樣時間以避免數(shù)據(jù)的“失真”。當(dāng)煙塵濃度高時，可適度減少采樣時間并及時更換新濾筒；濃度低時，可適當(dāng)增加采樣時間。

4.2.6 采樣槍的操作順序

為了便于采樣結(jié)束后能迅速地從煙道中取出采樣槍，采樣順序應(yīng)從煙道里向外進(jìn)行。采樣完畢后，應(yīng)及時關(guān)閉抽氣管路以防止高負(fù)壓狀態(tài)的管道樣品倒抽；同時轉(zhuǎn)動采樣槍，使采樣嘴背向氣流方向，以免煙塵進(jìn)入采樣嘴。采樣槍從煙道里取出后不能倒置，以防煙塵傾出造成誤差。

5 總結(jié)

本文結(jié)合具體的除塵器性能試驗分析了測量誤差的來源、大小，并對試驗過程中可能產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)進(jìn)行了簡要分析并提出了控制方法。看起來簡單的試驗需要實驗人員嚴(yán)格按照國標(biāo)的操作規(guī)程完成，并做到心中有數(shù)，盡可能的避免由于松懈、大意而引入的誤差。提高測試質(zhì)量，對除塵器性能試驗及煙塵(氣)采樣的準(zhǔn)確完成具有指導(dǎo)性意義。