[科普中国]-含尘量

概念

在空气洁净技术领域，广义上是指室外大气中所含各种固态、液态悬浮微粒数量(质量)的总和；狭义上仅指室外大气中所含固态悬浮微粒即尘埃粒子的数量(质量)，而在环境保护领域，包括飘尘数量(质量)和沉降尘数量(质量)。它在一年的不同季节、一天的不同时刻中是不同的，地区性差异也极大，取决于它的自然发生源和人为发生源。一般大气尘约70%是由风化产生的，工业污染产生的约占25%。 通常用标准单位体积的气体中含尘粒子数(个/标准m3)或质量(g/标准m3)表示。1

计量指标⑴粉尘浓度

单位体积空气中所含浮尘的数量称为粉尘浓度，粉尘浓度常作为评价气体污染的界限。按粉尘危害人体健康的状况划分，粉尘分为总粉尘和呼吸性粉尘，所以粉尘浓度又分为总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度。总粉尘浓度是指单位体积空气中所含各种粒径浮尘的数量；呼吸性粉尘浓度是指单位体积空气中所含的粒径在5μm以下浮尘的数量。

粉尘浓度表示方法有两种：①质量法。每立方米空气中所含浮尘的毫克数，单位为mg/m3；②计数法。每立方厘米空气中所含浮尘的颗粒数，单位为粒/cm3。我国规定采用质量法来计量粉尘浓度。

对于石棉纤维及含有10%以上石棉的粉尘，仅用质量法来计量粉尘浓度是无法区分出能被吸入肺泡的呼吸性石棉纤维量的，而呼吸性石棉纤维是引起石棉肺和与石棉有关的疾病的主要物质。因此，对于石棉纤维及含有10%以上石棉的粉尘除采用质量法来计量其粉尘浓度外，还增加了纤维计数法来反映空气中石棉纤维尘的浓度，即每毫升空气中含有的石棉纤维根数，单位为f/ml。

⑵粉尘沉积速度

工业生产时，每生产单位产品在某区域每平方米表面上粉尘的沉积量，称为粉尘沉积速度，单位为g/(m2·单位产品)。对于矿山的采矿生产，矿尘沉积速度可按矿山每采出或掘进产出1吨或1立方米矿岩在巷道顶、帮、底每平方米表面上矿尘的沉积量计算，单位为g/(m2·t)或g/(m2·m3)；对于矿山的凿岩或井巷掘进工作面，矿尘沉积速度可按每钻进1m钻孔或掘进1m巷道在巷道顶、帮、底每平方米表面上矿尘的沉积量计算，单位为g(m2·m)；对于煤矿的采煤作业，煤尘沉积速度可按煤矿每生产1000吨煤在巷道顶、帮、底每平方米表面上煤尘的沉积量计算，单位为g╱(m2·kt)。2

测试方法含尘量的测量也分为间接测量法和直接测量法。

间接测量法就是根据气体中粒子运动特性，采用各种方法捕捉粒子，然后采用称量法和显微镜计数法确定粒子的质量、数目及大小。3

间接测量法——粒子捕捉

①过滤集尘法

用泵抽上一定体积的试样空气或以一定流速的空气导引通过由玻璃纤维等高效滤纸作成的薄膜过滤器，使粒子附在薄膜表面，随后用称重法或显微镜计数法测量含尘量。

此方法一般可测到1μm以上的粒子，设备简单，但采样、测量速度比较慢，易产生人为误差，主要用于质量浓度的测量和定性分析。

②惯性捕捉法

此方法是根据粒子的惯性碰撞原理，设计不同的捕集板达到分级捕集粒子的目的，如尘粒分级仪。该分组仪是由几级串联在一起的大小不同的喷孔及捕集板组成，各级板上的喷孔用以逐级提高气流的速度，每一级上动量相对大的粒子脱离流线撞击到孔正前方的捕集板上，小粒子则随气流进入下一级，经加速冉加以捕捉。

每级捕集板上的粒子均匀整齐，可逐块计算粒子数而不需同时兼顾其大小，因而可缩短计数时间。其采样损失和误差主要是由于气流可能把沉积在捕集板上的粒子收入下一级而造成。此法适用于高速气流中粉尘浓度的测量。

③静电捕捉法

设置一对电极并施加很大的电位差，使空气中的气体分子电离，空气中悬浮的粒子因附有离子而带电，在电场力作用下，带电尘粒将移动而被捕集。调节不同的施加电压就可捕集到不同粒度的粒子，在捕集板上可得到不同粒度均匀排列的尘埃粒子，然后用光学显微镜或电子显微镜检测其不同粒径的粒子浓度。此方法适合捕捉0.05~5μm的粒子，其流量为0.02~0.05 L/min。

④热沉淀法

根据在有温度梯度的空气中粒子总是向温度较低的方向运动的原理，在仪器温度较低的一面敷上显微镜载玻片或电子显微镜格网，用以沉淀悬浮尘埃粒子。此方法采集效率高，可收集到0.05μm以上的粒子。气体流量通常为7~500 mL/min。缺点是低浓度气体采样时间长，微粒大小的沉积模式也不是随机的。

⑤离心力捕捉法

让样气通过高速旋转的圆锥体和覆盖圆锥体的容器间的狭缝，气体中的悬浮粒子在离心力的作用下落到贴在容器内表面的滑动玻璃片上，质量大小不同的粒子分别落在圆锥体的上部或下部，捕集到的粒子按不同大小集合在捕集板上。3

间接测量法——浓度的测定

①显微镜计数

把捕捉到的粒子放到显微镜下观察，按不同粒径分类计数可以得知粒子的粒径和数目，并根据所测得的采样气体体积就可计算出空气内粒子浓度，粒子分布。手动显微镜法完全依靠人工进行，设备简单，但测定时间长，测量误差大。自动显微镜法是运用摄像机和计算机系统自动测定、计数，这种方法测量迅速，重复精度好，但价格高。

为了提高显微镜计数能力，使可测粒子的粒径达到0.1μm，还可在滤膜上覆盖一层折射率为1.51的浸渍油(或酒精)，使滤膜成透明体，然后将滤膜放在显微镜载玻片上，用乙醚蒸气覆盖，进行显微计数、测定。

②称量法

用精密天平称量所收集到的粒子，根据所测到的采样气体体积就能计算出质量浓度，此方法比计算粒子的数量和大小容易，设备简单，可用于工业上对气体污染的管理。3

直接测量法

①直接测量法

直接测量法是指对气流中保持悬浮状态的粒子所进行的测量，它分为对粒子一个个测定的单个检测和大量的群体检测。

如果在一个暗室内射入一束强光，就可看到在一般情况下用肉眼观察不到的空气中浮游粒子，光照射到浮游粒子上便向四周散射，散射光强度与粒径有一定的关系，此即光散射原理。直接测量通用的仪器就是据此原理制成的，这种仪器可以连续自动采样和测量，测定容易，可测参数量多，但装置校正困难，价格昂贵。

②尘埃粒子计数器

用于对气流中悬浮粒子的大小一个个测量并累计计数，以提供粒子浓度。该仪器采用光散射技术，用一束强光照射低浓度气流并使样气中的粒子经由净化空气组成的保护气套逐个地通过狭窄的光束，然后用光电倍增管，在某一个或某些散射角聚集单个粒子的散射光脉冲，光脉冲频率就是计数浓度，其幅值大小即为粒径范围。

③凝结核粒子计数器

当微小粒子经过饱和蒸气，其表面会凝结一层蒸气，从而扩大为可以用光散射法测量的粒径。凝结核粒子计数器就是根据该原理制成，用以测量1μm以下粒子。它设有静电分级仪为预处理设备，由于气源中不同粒径的粒子的电迁移率不同，静电分级仪设有一个高压电极，当电压依次变化时，具有与电压相对应的一定电迁移率的粒子，依次自分级仪的电极下部孔中获得；把被测气体通入静电分级仪，其所含的粒子将按粒径大小逐级分离，再把分级气体顺序通过凝结核计数器，就可测得粒径分布。此仪器用于粒子浓度的测量，可测得0.01μm以上的粒子-

④光度计

光度计是根据光散射原理，用强散射光制成的测量群体粒子的装置。由于其散射光强与粒子群体质量成正比，因而测出来的是质量浓度(mg/m3)。这类仪器类型较多，如数字粉尘计、光电粉尘计，主要用于高浓度的污染区域和大气污染的测量。3

测量仪器用来测量含尘量的常见测试仪器有光散射粒子计数器和滤膜显微镜这两种。

①光散射粒子计数器

光散射式尘埃粒子计数器(用于粒径大于或等于0，5μm的悬浮粒子计数)是用来测量空气洁净度的重要仪器，是以尘埃粒子在白光束或激光束中产生的光散射现象为原理而制造的。当测试区域内的空气中尘埃粒子经采样吸气孔进入粒子计数器内部光源区，光源产生的光束经过光学透镜组以一定角度照射被采样空气，空气中微粒快速通过测量区时，把入射光散射形成一个光脉冲信号，散射光脉冲经过光电倍增管的作用线性地转化为相应幅度的电脉冲信号，然后以内置的脉冲高度分析器电子线路来完成对各种规格的电脉冲幅度的计数工作，各种电脉冲的幅度就相应于不同的微粒大小，脉冲数量就是相应的微粒数目。

但是，经常发现该仪器在安装好的洁净室的实际测量时使用不同的粒子计数器得到的测量结果相差很大，有时差值差到一个数量级。当有两粒或两粒以上的尘埃同时进入探测区时，仪器只输出一个增大的脉冲信号，而不是真实的尘埃粒子个数相对应的脉冲信号。这是因为微粒重叠的结果，此时粒子计数器指示的微粒浓度将小于真实浓度，而且会形成一个偏高的大微粒数值。4

②滤膜显微镜

滤膜显微镜(用于粒径大于或等于55μm的悬浮粒子计数)利用微孔滤膜真空过滤含尘空气，把尘粒捕集在滤膜表面，用丙酮蒸气熏蒸，使滤膜形成透明体，然后用显微镜计数。

对于捕集一般气溶胶微粒来说，宜选用孔径为0.3～0.85μm的滤膜，它的集尘效率极高，比单层玻璃纤维滤纸的效率高出2～3个数量级，但是滤膜阻力比普通玻璃纤维滤纸也高过几十倍。4

应用及发展1、针对常用天然气除尘方法存在的问题 ，利用湍球塔式水浴除尘原理研制出了一套检测精度较高的橇装式天然气含尘量检测装置。该装置按照“等速等压”原则进行取样与测试 ，待检测天然气通过装有湍动球的水浴除尘器 ，使气流充分分散、润湿 ，从而使粉尘以污水形式保留在除尘器内。对污水干燥、称量 ，即可得到测试天然气的含尘率 ，同时亦可利用不同渗滤直径的膜对粉尘进行分级。川东气田现场测试证明 ，装置原理正确 ，性能稳定 ，工作可靠 ，可用于对现有除尘设备进行检测和评价。5

2、采用CPM-2000连续烟尘监测仪对氧化铝生产过程中碳分工序所用CO2气体中含尘量的测定，便于生产操作人员根据所显示的结果及时对运行设备进行操作调整，克服了传统重量法测尘过程复杂、时效性差、准确度低等不足，有利于提高氢氧化铝产品的质量，减少水分进入分解溶液，延长CO2气体压缩机的运转周期。6

3、目前，火力发电厂石灰石-石膏湿法脱硫技术在世界范围内都广泛运用。随着我国经济快速发展，电力工业也得到了快速的发展，尤其是火力发电的运用范围更加广泛，投资建设也更加迅猛。但是中国的大气污染十分严重，是全球都关注着的严峻问题，对人们的生产和生活有着很大的影响。而火力发电的污染主要体现在碳排放、粉尘污染、硫排放等。本研究主要是探讨石灰石-石膏湿法脱硫系统的运行优化，湿法脱硫是目前世界上比较先进的脱硫方法，但仍然存在着很多问题。7