標準粉塵發生裝置給料發生器的研制與應用

（福建龍凈環保股份有限公司 福建龍巖 364000）

低濃度顆粒物測試與SO2測試不同，有標準物質可以溯源，所以一些單位采用模擬實際煙氣條件的標準粉塵發生裝置來校準顆粒物濃度。這種標準粉塵發生裝置普遍采用一些微型給料機或氣溶膠發生器來實現顆粒物給料。給料機最低給料量一般只能達到5 g/h，且會成團狀或塊狀的給料，穩定均勻性差。氣溶膠發生器在低給料量時雖然可以成粉末狀給料，但給料穩定均勻性大于20%～30%，直接影響實驗裝置的穩定性和校準顆粒物濃度的準確度。

本文針對標準粉塵發生裝置[1-2]的給料進行了試驗研究，可為低濃度顆粒物測試與校準等提供技術支撐。

1 給料發生器的研制

根據標準粉塵發生裝置設計要求，給料發生器的最低給料量應小于3 g/h，且穩定均勻性不大于10%。本給料發生器是基于WLS-0.05X200微小型螺旋給料機進行改進的。改進措施包括：①將螺旋給料機的下料管切除，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，由變頻電機控制的毛刷對出料口出來的顆粒物實施刮掃，將團狀或塊狀的顆粒物刮掃成粉末狀；③根據文丘里原理采用3D打印技術制作稀釋器，刮掃出來的顆粒物經過稀釋器進行稀釋實現更低的給料；④下料斗溜角應大于80°且內壁光滑，確保刮掃出來的顆粒物全部進入稀釋器。

經過改進的給料發生器[3]如圖1所示，其工作原理是：給料機通過攪拌器將顆粒物攪拌進給料螺桿，給料螺桿在給料變頻電機的帶動下將顆粒物輸送至出料口，由變頻電機控制的毛刷對出料口出來的顆粒物實施刮掃，使顆粒物由團狀或塊狀變成粉末狀，穩定均勻地將顆粒物刮掃進下料斗；稀釋器在空壓機的作用下，使壓縮空氣通過稀釋器環形噴射孔進入稀釋器內腔，環形噴射孔與進料口相連接，壓縮空氣高速通過環形噴射孔時在進料口產生負壓，誘導下料斗中的顆粒物從進料口通過噴射孔進入稀釋器內腔，再與潔凈空氣充分混合；混合后含有顆粒物的氣流以穩定的稀釋比分別進入稀釋器的2個口（1個為需求氣出口，另1個為多余氣出口），經多余氣出口排出的大部分顆粒物通過布袋進行回收，需求氣出口與校準裝置連接，實現連續不間斷地給料。

2 試驗方法

按圖1安裝連接好各部件后，依次開啟攪拌機、給料變頻電機，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，在稀釋器的內管接口通過軟管連接裝有濾筒的采樣頭，每隔1 min連續采集60個樣品。通過稱量濾筒的初重和終重得到稀釋后的給料量，然后計算相對均方根差值，以此值來衡量給料穩定均勻性。

3 試驗結果與分析

本試驗用粉塵中位粒徑為10.505 μm，試驗前將粉塵放置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定均勻性

經過改進后的給料發生器刮掃前后不同給料頻率的給料量和穩定均勻性試驗結果如表1。

表1 不同給料頻率刮掃前后的給料量和穩定均勻性

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

3.2 稀釋前后的給料量和穩定均勻性

由于給料發生器刮掃后，在給料穩定均勻性滿足時給料量大于3 g/h，故對給料量進行稀釋。在增加稀釋器后不同給料頻率的給料試驗結果如表2。從表2可知：稀釋后最低給料量僅為1.9 g/h，且給料穩定均勻性小于8%，最低給料量和穩定均勻性均滿足標準粉塵發生裝置的設計要求。

表2 稀釋前后不同給料頻率的給料試驗結果

為分析計算不同給料頻率下稀釋前后給料量，對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，相關系數r值分別為0.9997、0.9979。按照選定顯著性水平α和觀測點數目n減去2的數值（自由度），可在相關系數臨界值表中查出相應臨界值r0分別為 0.999（α=0.001）、0.990（α=0.01）。 根據試驗數據計算出的相關系數r≥r0，那么給料機給料頻率與稀釋前后給料量存在很好的線性關系，而且可信度分別高達99.9%、99.0%。

為通過稀釋比計算稀釋器后的給料量，對稀釋器的稀釋比按多項式進行回歸，回歸后的方程式如公式（1），相關系數r值為0.9557。按照選定顯著性水平α和觀測點數目n減去2的數值（自由度），可在相關系數臨界值表中查出相應臨界值r0（α=0.05）為0.950。根據試驗數據計算出的相關系數r≥r0，那么給料機給料頻率與稀釋比之間存在很好的線性相關關系，而且可信度高達95.0%。

式中：y為稀釋比；x為給料機給料頻率，Hz。

4 實際應用

當標準粉塵發生裝置模擬濕法脫硫后飽和濕煙氣時，通過煙氣排放連續監測系統（CEMS）監測按每分鐘數據導出統計的不同顆粒物濃度穩定均勻性如表3。從表3可知：當給料量為 1.9～8.0 g/h 時，CEMS 顆粒物濃度為 3.9～16.3 mg/Nm3，穩定均勻性為1.4%～4.8%，小于5%。由于標準粉塵發生裝置的煙氣流量是一定的，那么顆粒物濃度的穩定均勻性即為給料穩定均勻性。說明給料發生器的給料量低，且穩定均勻，適用于標準粉塵發生裝置的給料。

表3 CEMS不同顆粒物濃度的穩定均勻性

5 結論

（1）通過切除微小型螺旋給料機的下料管，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后的給料發生器最低給料量可達1.9 g/h，給料穩定均勻性小于8%，且可信度高，優于國外的氣溶膠發生器。

（2）標準粉塵發生裝置的不同顆粒物濃度可通過調整給料發生器的給料頻率來實現精準給料，且操作簡便。

（3）給料發生器通過在標準粉塵發生裝置的實際應用表明，該發生器的給料量低，且穩定均勻，適用于標準粉塵發生裝置，可為低濃度顆粒物測試與校準等提供技術支撐。