基于光透射法的在线测量工业可吸入粉尘粒径分布及浓度反演算法研究

Industrial dust not only has serious impact on environment, but also can cause huge damage to the human health. Dust size distribution and dust concentration are the most important parameters for the industrial dust, especially for the respirable dust with small size diameter, whose accurate and rapid measurement has vital significance for evaluating environmental quality rationally, identifying pollution source and establishing discharge standards. This project is mainly focused on the study of respirable dust discharged from boiler combusted coal, which objective is to build a fast and practical inversion model of dust size distribution and dust concentration for mixed particles. Based on analysing the extinction characteristic of complex shape particles and aggregative shape particles, we investigate the inversion algorithms of dust size distribution and dust concentration with light transmission method in the non-restricted function model. The intention of this project is to solve the problems with complex inversion process, slow inversion speed and small scale of measuring range, which makes the light transmission method more suitable for on-line dust size and concentration measurement. The research production can provide helpful theory basis and support for developing measurement technique and improving particle discharge standards for industrial respirable dust.

工业粉尘不仅对环境产生严重影响，而且对人体健康也会造成广泛的损害。粒径分布和浓度是影响工业粉尘特别是小粒径可吸入粉尘性质最为重要的参数，其准确快速测量对于合理评价环境质量，分析污染物来源及制定颗粒物排放标准具有重要意义。本课题以燃煤锅炉排放的可吸入粉尘为主要研究对象，拟建立快速实用的混合颗粒系粒径分布及浓度反演模型。在分析复杂形状及群聚颗粒物消光特性基础上，开展基于光透射法的无函数限制模式下可吸入颗粒物粒径分布及浓度反演算法研究。课题旨在解决光透射法目前存在的反演过程复杂、反演速度较慢、测量范围相对受限等问题，使光透射法更加适合于工业粉尘粒径分布及浓度的在线测量。课题的研究成果可为工业可吸入粉尘颗粒物检测技术的发展以及相关颗粒物排放标准的制定和完善提供有益的理论积累和支持。

工业可吸入粉尘不仅对环境产生严重影响，而且对人体健康也会造成广泛的损害。粒径分布和浓度是影响工业粉尘特别是小粒径可吸入粉尘性质最为重要的参数，其准确快速测量对于合理评价环境质量，分析污染物来源及制定颗粒物排放标准具有重要意义。本项目以燃煤锅炉排放的工业可吸入粉尘为主要研究对象，对光透射法在线测量粉尘粒径分布及浓度反演算法进行深入、细致的研究。将新兴智能优化算法引入测量之中，提出了函数限制模式下人工蜂群智能优化算法进行微小颗粒物粒径分布反演的研究，为保证获得更多粒径分布信息，选取可见-近红外波段内的多个波长作为入射波长。进一步提出人工蜂群与模式搜索相结合的混合智能优化用于计算无函数限制模式下可吸入粉尘颗粒的粒径分布和浓度反演算法，该算法很好地兼顾了反演精度和速度，从而更加适合于准确快速工业现场测量。为更接近实际，分析来自工业现场的颗粒样本扫描电镜图，将实际颗粒近似为椭球体进行深入建模研究，从而更准确地计算了工业可吸入粉尘颗粒的光散射特性特别是消光特性，为后续粒径分布反演算法的实现提供更为合理的特性参数。完成了针对本项目的实验平台搭建，并利用核工业北京化工冶金研究院提供的聚苯乙烯国家标准颗粒物质实现了所提混合反演算法对单峰和双峰颗粒粒径分布的实验验证。项目的研究内容较好解决了光透射法测量中存在的反演过程复杂、反演速度较慢、反演精度不高等关键科学问题。课题研究成果为工业可吸入粉尘准确快速在线测量的实现，以及相关颗粒物排放标准的制定和完善提供了有益的理论积累和支持。