烟气温度对电除尘器性能影响的数值模拟

采用计算流体动力学（CFD）软件对电除尘器进行三维数值模拟研究,通过自定义函数（UDF）实现电场、流场、颗粒场和温度场的4场耦合,研究烟气温度对电除尘器电场特性、流场特性和除尘效率的影响.结果显示：入口烟气质量流量相同时,当烟气温度从20℃上升到400℃时,平均电场强度从4.9×10⁵V/m减小到1.4×10⁵V/m,平均板电流密度从0.971mA/m²降至0.261mA/m²,但板电流密度分布的均匀性逐渐变好;烟气温度上升平均湍流强减小,离子风效应也随之减小.当入口烟气体积流量相同时,随着烟气温度的增加,颗粒运动轨迹线拉长,整体的颗粒捕集效率减低.降低烟气温度可以有效提高电除尘器的除尘效率.     

高温烟气静电除尘中试试验研究

为了研究在宽间距静电除尘器内部流动的大流量高温烟气中颗粒物的静电捕集特性,基于CFB锅炉中试试验平台设计并搭建了高温静电除尘中试装置.试验了板间距300mm、最高温度达到1020K的实际烟气中颗粒物的静电捕集特性,获得了放电电压、温度和烟气流速等关键因素对颗粒物的静电捕集的影响规律.实验结果表明,高温静电除尘器中烟气流速为0.3m/s,温度为1020K下达到了82.2%的除尘效率,证实了针对实际高温烟气,静电除尘器有较好的颗粒捕集效果.通过对比563K到1020K下的热态试验以及常温下的冷态试验,发现颗粒捕集效率随温度的上升迅速降低,这与高温下流速的上升、放电电压的降低以及气体黏性的增加有关.     

蜂窝湿式静电除尘脱除燃煤细颗粒物实验研究

搭建了蜂窝湿式静电除尘实验台,研究了不同清灰方式下湿式静电除尘的放电特性、除尘效率、分级效率.结果发现,喷淋清灰方式对颗粒物脱除效率最高,溢流清灰方式其次.为了避免喷淋产生的水雾对除尘效率的不稳定影响,着重研究了溢流清灰方式下,湿式静电除尘器比收尘面积、运行电压、烟气初始浓度对除尘效率的影响.研究表明,提高比收尘面积和运行电压均可使除尘效率增加,通过观察颗粒物分级脱除效率发现,粒径段在0.5~1μm之间的颗粒物脱除效率较低.当烟气含尘浓度达到较高值(442.85 mg·m~(-3))时,除尘器仍可保持较高的除尘效率.     

基于实测的电袋复合除尘器脱除多污染物效果

为了考察电袋复合除尘器脱除多污染物的能力,分别采用US EPA Method 30B方法、DL/T 998-2006《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》、HJ/T 342-2007《水质硫酸盐的测定铬酸钡分光光度法（试行）》、GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》和国际标准化组织ISO23210-2009《Stationary Source Emissions-Determination of PM₁₀/PM_2.5 Mass Concentration in Flue Gas-Measurement at Low Concentrations by Use of Impactors》对A、B两个燃煤电厂中循环流化床锅炉后的电袋复合除尘器脱除烟气中汞、SO₃、烟尘、PM₁、PM_2.5、PM₁₀六种污染物的效率进行测试试验.结果表明:电袋复合除尘器对烟尘、PM₁₀等颗粒态污染物捕集效率高达99%以上;两个电厂电袋复合除尘器中汞的质量平衡分别为112.05%、72.78%,在70%~130%的允许范围之内;B电厂中电袋复合除尘器进口处烟气中颗粒态汞占总汞含量的比例高达97%,电袋复合除尘器对颗粒态汞的捕集效率达99.93%,对气态汞的捕集效率达86.84%;由于滤袋表面烟尘粉饼具有一定的吸附作用,电袋复合除尘器对SO₃也有一定的捕集能力,A、B电厂电袋复合除尘器对SO₃的脱除效率分别达到90.04%和61.73%,脱除效率可能受到飞灰组分及其吸附能力的影响.研究显示,电袋复合除尘器对循环流化床锅炉烟气中的多污染物具有较高的协同捕集效率.      

沙尘天气对兰州市大气污染物置换和叠加作用

本文分析了2014~2015年兰州市春季沙尘天气期间颗粒污染物PM₁₀、PM_2.5及气态污染物SO₂、NO₂、CO和O₃质量浓度的演变规律.结果表明,沙尘天气造成PM₁₀和PM_2.5浓度上升,而SO₂、NO₂和CO浓度表现为降低（置换型）或升高（叠加型）,O₃浓度受沙尘天气影响不明显.置换型的PM₁₀和PM_2.5平均质量浓度分别为1086.9和286μg/m³,SO₂、NO₂和CO平均质量浓度分别为16.7、41.0和1.02×103μg/m³.叠加型的PM₁₀和PM_2.5平均质量浓度分别为383.2和116.2μg/m³,SO₂、NO₂和CO平均质量浓度分别为24.5、49.1和1.19×103μg/m³.置换型的PM₁₀和PM_2.5平均质量浓度分别为叠加型的2.8和2.4倍,叠加型的SO₂、NO₂和CO平均质量浓度分别为置换型的1.47、1.2和1.17倍.置换型对应的气象条件为近地面东北方向大风、显著降温和高压,即强冷空气活动时,PM₁₀和PM_2.5浓度上升,而SO₂、NO₂和CO浓度显著减小,沙尘源地主要为塔克拉玛干沙漠和青藏高原北部地区,影响气流多为1500~6000m高空西北气流.叠加型则为近地面东北风向弱风,气温和气压无明显波动,即弱冷空气活动时,初期PM₁₀和PM_2.5浓度上升,同时SO₂、NO₂和CO浓度略下降,而后PM₁₀和PM_2.5维持高值时SO₂、NO₂和CO浓度亦上升,沙尘源地主要为巴丹吉林沙漠,影响气流多为1500m以下低空西北气流.     

京津冀煤改电对PM2.5浓度的影响

基于WRF-Chem模型,结合气象要素,从PM_2.5浓度的消减量及时空变化特征等方面模拟分析了煤改电政策实施前后京津冀地区采暖期（2018年11月~2019年3月）PM_2.5的排放变化.结果表明,WRF-Chem模型很好地模拟了京津冀地区PM_2.5浓度变化,北京、天津和石家庄模拟值与观测值的相关系数分别为0.66、0.66和0.52,表现出良好的相关性.煤改电政策的实施对京津冀重点地区PM_2.5减排效果明显,PM_2.5日均减少量分布在0.2~6.1μg/m³,减少比例分布在1.2%~7.8%.PM_2.5小时均值变化显示,2018年12月PM_2.5减少量分布在0.4~8.3μg/m³,减少比例分布在2.3%~7.7%.其中,北京大兴区减排量达8.3μg/m³,天津地区减排比例达7.7%.在特殊气象条件下,煤改电政策影响范围可扩散至山东、江苏、河南北部以及山西西部,PM_2.5小时均值减少量最大超过50μg/m³.     

燃煤电厂烟气湿度控制对PM2.5采样结果的影响

为研究脱硫后高湿烟气相对湿度的改变对颗粒物采样结果的影响,使用扩散干燥管对烟气进行除湿,并分析不同相对湿度下PM_2.5的粒径分布、传输损失和质量浓度变化。结果显示,模拟烟气湿度越高,PM_2.5粒数浓度和质量浓度也随之升高。40%相对湿度下,模拟烟气中ρ(PM_2.5)为22.77 mg/m³,粒数浓度约为1.16×10⁶个/cm³,模拟烟气湿度提升至50%、60%和80%时,ρ(PM_2.5)分别升高1.06,4.35,4.69倍,粒数浓度分别升高1.31,1.70,1.76倍;使用扩散干燥管对模拟高湿烟气除湿,采集到的颗粒物质量浓度有不同程度的下降,最高相对湿度(94.9%)下,ρ(PM_2.5)为27.17 mg/Nm³,湿度81.4%、68.5%、48.7%和30.4%时,质量浓度相比最高湿度时分别降低了14.5%、28.8%、43.0%和45.7%;烟气除湿可降低PM_2.5     

基于小波变换的武汉市PM2.5、PM10与臭氧污染特征

为验证城市空气污染物排放及协同控制后的周期性规律,利用小波变换对武汉市2013～2020年共计2421d的逐日PM_2.5、PM₁₀及臭氧浓度数据进行分析.结果表明:可吸入颗粒物污染情况逐年改善,PM_2.5浓度年均值由80.5μg/m³降至45.3μg/m³,超标比例由44%降至11%;PM₁₀浓度年均值由113.6μg/m³降至72.6μg/m³,超标比例由22%降至2%.臭氧污染未有明显改善,浓度年均值在90～100μg/m³间波动.PM_2.5、PM₁₀与臭氧浓度均表现出明显的周期性,PM_2.5浓度主周期300d、次周期140d左右;PM₁₀浓度主周期300d、次周期125d左右;臭氧浓度主周期300d、次周期143d左右.PM_2.5与PM₁₀的周期与位相均相...     

城市微环境PM2.5浓度空间分异特征分析

以长沙市主城区为例,在203个地面点通过加密观测并获取PM_2.5浓度小时观测值,辅以同步常规稀疏国控点PM_2.5浓度观测数据,在点、面尺度对比分析加密、稀疏两种观测模式下城市微环境PM_2.5浓度空间分布的特征差异.结果表明：地面加密观测模式下PM_2.5浓度高值区主要集中在道路、地表扬尘、住宅小区、医院和工业园等人群、车辆活动的微环境场景;低值区主要出现在公园景区等高植被覆盖度区域.同一空间点位,地面加密观测PM_2.5浓度值均高于常规稀疏国控点PM_2.5浓度观测值,平均高出29.71μg/m³.反距离权重空间插值制图揭示地面加密观测模式下的PM_2.5浓度呈现明显的西北部高（>75μg/m³）、中部和南部居中（65~75μg/m³）、东部低（<55μg/m³）的三级阶梯式异质特征,剖面分析各向波动较大.相比,稀疏国控观测模式空间分布图仅能反映主城区PM_2.5浓度整体较低（<55μg/m³）、除北-南向之外各向剖面PM_2.5浓度相对无明显变化的格局.与此同时,稀疏国控观测模式在地面加密观测点估算的PM_2.5浓度同样显著低于实际观测值,所揭示的研究区高值PM_2.5浓度微环境为道路、地表扬尘、汽车站.研究结果证实,出于环境保护目标建立的空气质量国控监测点难以精确反映同点位近地面PM_2.5浓度,所识别的城市高低PM_2.5浓度值微环境与真实情景存在偏差,空气质量越优等级下偏差越大.     

PM2.5致卵巢癌的风险及城乡差异的生态学研究

为了评估PM_2.5排放导致女性生殖系统癌症的风险以及城乡差异,以卵巢癌为例,分析了中国东部地区2000~2011年期间PM_2.5和卵巢癌发病率和死亡率的相关关系,并估算了PM_2.5排放导致卵巢癌发病率和死亡率升高的风险.结果表明,城市地区卵巢癌发病率和死亡率显著高于农村,在城市地区,PM_2.5与卵巢癌发病率显著相关,PM_2.5年平均浓度每上升10μg/m³,城市地区卵巢癌发病率上升的相对风险为9.3%（相对于PM_2.5年平均浓度为35μg/m³时）,每十万人口升高0.51人.     

基于集总参数模型的室内PM2.5浓度预测

基于颗粒物浓度集总参数模型建立室内PM_2.5预测模型,同时对模型中的关键参数穿透率、沉降率理论模型进行理论计算.以常州市某住宅建筑为例,通过动态模型对穿透率和沉降率模型进行实验验证,实验采样时间为2017年3月~2018年1月.根据实验数据计算换气次数在0.31~0.89h^-1范围内PM_2.5通过维护结构的穿透率为0.78~0.97,室内PM_2.5沉降率为0.3~0.69h^-1.本模型能较好地适用于自然通风、机械通风等不同通风工况室内颗粒物浓度预测.当室外PM_2.5浓度在135~150μg/m³变化时,使用过滤效率为82%的新风系统可维持室内PM_2.5浓度值在40~46μg/m³.     

江苏省大气复合污染特征与相关气象驱动

基于2014~2017年江苏省13个市的PM_2.5浓度和O₃_8h_max数据,探讨了其时空分布特征.在此基础上,研究了日益升高的近地层O₃浓度与气象因子的关系.结果表明：江苏省2014~2017年PM_2.5浓度整体上呈下降的趋势,年均浓度减少率为6.06μg/m³,而O₃_8h_max整体上呈上升趋势,年均浓度增长率为3.84μg/m³.总体上,PM_2.5浓度呈现冬春高、夏秋低的V型月变化特征,O₃_8h_max则基本呈现不规则的M型,在5月份达到峰值后逐渐降低,又在7~9月份保持平缓,而后又逐渐下降.空间上,江苏省PM_2.5浓度呈现"内陆高,沿海低"的状态,而O₃_8h_max却呈现"沿海高,内陆低"的状态.与气象因子的相关性表明,O₃浓度与气温和太阳辐射呈正相关关系,与相对湿度呈负相关关系,太阳辐射对O₃浓度的影响最大,其次是温度和相对湿度.当日平均气温在20~30℃、相对湿度在50%~70%、太阳辐射强度高于150w/m²时O₃浓度容易出现超标.     

宁东基地大气PAHs污染特征及呼吸暴露风险

利用主动观测技术对宁东能源化工基地大气PM_2.5、PM_1.0和气相中的PAHs浓度水平、族谱特征、时空分布及来源进行研究,并基于该观测数据对居民呼吸暴露健康风险进行评估.结果表明,宁东基地大气PM_2.5、PM_1.0及气相中∑₁₆PAHs浓度范围分别为：17.95~325.12ng/m³、12.66~311.96ng/m³和26.33~97.88ng/m³,年均浓度分别为（99.42±117.48）ng/m³、（78.88±100.58）ng/m³和（57.89±47.39）ng/m³.宝丰基地冬夏季大气PM_2.5、PM_1.0和气相中∑₁₆PAHs浓度水平均明显高于英力特;宝丰和英力特基地冬季大气PM_2.5、PM_1.0中∑₁₆PAHs浓度水平均明显高于夏季浓度.宁东基地大气中∑₁₆PAHs的浓度水平要高于国内外其他城市,大气PAHs污染较为严重.源解析表明夏季宁东基地PAHs的主要排放源是工业煤燃烧和机动车尾气,冬季则主要来自工业煤燃烧和木材、薪柴等生物质燃烧排放.宁东基地人群暴露于大气PAHs可能会造成平均冬季每百万人中约有33~2628人罹患癌症,夏季每百万人中约有11~834人罹患癌症的风险.     

2016年冬季寿县一次边界层低空急流对污染物扩散的影响

利用安徽寿县地区2016年12月16~17日的观测资料与模拟资料,分析了一次夜间边界层低空急流对PM_2.5扩散的影响.此过程中,急流分布范围广,强度大,最大风速可达10~12m/s,而且风向随高度有明显转向,高低层风向差可达90°.急流发展过程中,急流轴基本位于200m以下,急流的最小风速高度出现在400~800m之间.通过分析可知,对于不同高度,急流对污染物扩散的影响存在明显差异.地面至急流轴范围内,PM_2.5总体减少.急流的出现使湍流混合明显增强,在湍流作用下污染物向上混合,使该层PM_2.5显著减少,净质量通量的峰值可达-103×10^-3μg/(m²·s).急流的水平输送可带来上风方较为清洁气团,同样减少了该层的PM_2.5浓度.但与湍流作用相比其影响较小,净质量通量仅为-2.9×10^-3μg/(m²·s).急流存在时,还会加强向下的垂直风速,在垂直输送作用下,上层污染物向下输送,增加了该层PM_2.5浓度,净质量通量约为11×10^-3μg/(m²·s).急流轴至风向转变高度之间,PM_2.5总体增加.这是由于湍流作用将低层高浓度污染物输送至该层,使PM_2.5浓度增加,净质量通量约为23.9×10^-3μg/(m²·s);水平输送作用使该层PM_2.5浓度略有增加,净质量通量约为2.3×10^-3μg/(m²·s);而垂直输送作用带来了高处较为清洁的气团,减少了PM_2.5浓度,净质量通量约为-6.6×10^-3μg/(m²·s).风向转变高度至LLJ最小风速高度之间,PM_2.5总体增加.湍流作用仍占主导,净质量通量约为17.8×10^-3μg/(m²·s);垂直输送作用稍有贡献,净质量通量约为1.4×10^-3μg/(m²·s);而水平输送起减少作用,净质量通量约为-3.7×10^-3μg/(m²·s).     

成都市气温与PM2.5和O3交互作用对疾病死亡人数的影响研究

利用成都市2014~2016年逐日呼吸系统疾病和心脑血管疾病死亡资料、同期气象资料和PM_2.5日均浓度和每日臭氧最大8h平均浓度（O₃）资料,采用分布滞后模型以及广义相加模型中的独立效应模型、非参数二元响应模型和温度分层模型探究了成都市气温、PM_2.5和O₃单效应,以及气温与PM_2.5（或O₃）交互作用对当地呼吸和心脑血管疾病死亡人数的影响.单效应分析结果表明,气温与两种疾病死亡人数的累计暴露-反应关系均呈反“J”型分布,最适温度在22.2℃,该温度对应的疾病死亡人数最少;累积滞后1d的PM_2.5（或O₃）对应的健康风险最大,此时,PM_2.5和O₃浓度每升高10μg/m³,呼吸系统疾病死亡风险分别增加0.58%和0.54%,心脑血管疾病死亡风险分别增加0.35%和0.66%.分季节研究结果表明,PM_2.5对两种疾病死亡影响的健康风险冬季最高,而O₃的健康风险在秋季最显著.交互作用的研究结果表明,高温与高浓度的PM_2.5（或O₃）对疾病死亡的影响存在协同放大效应,当气温高于22.2℃时,PM_2.5和O₃浓度每升高10μg/m³,对应的呼吸系统疾病死亡风险分别增加2.30%和1.14%,心脑血管疾病死亡风险分别增加1.09%和1.03%.研究结果提示O₃对人群健康的影响也不容忽视,应该引起足够的重视.     

邢台市秋季PM2.5及水溶性离子污染特征

为研究邢台市秋季PM_2.5污染特征,于2017年10月15日~11月14日在邢台市区对PM_2.5样品进行了采集,并对其中水溶性离子（包括Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、K⁺）进行了分析.结果显示,观测期间邢台市ρ（PM_2.5）平均值为（130.0±74.9）μg/m³,其中水溶性离子质量浓度为（69.8±11.4）μg/m³,占ρ（PM_2.5）的53.3%,NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺为主要离子,占水溶性离子比例达到了89.7%. 当污染加重,水溶性离子质量浓度随ρ（PM_2.5）增大而升高,且NO₃^-、NH₄⁺及SO₄^2-占比亦逐渐升高,但其他离子占比随之下降,Ca²⁺尤为明显,表明ρ（PM_2.5）升高时主要受二次无机转化影响;观测期间SOR（硫转化率）与NOR（氮转化率）的平均值分别为0.36和0.25,表明秋季SO₂与NO₂转化速率较强,二次无机污染严重,另外SOR及NOR与温度及相对湿度呈正相关,且SOR对二者更为敏感;邢台市秋季PM_2.5呈弱碱性,NH₄⁺主要以（NH₄）₂SO₄和NH₄NO₃的形式存在;ρ（NO₃^-）/ρ（SO₄^2-）平均值为2.13,表明移动源对秋季大气颗粒物的来源贡献较大;PMF分析结果表明,二次转化源、燃烧源及扬尘源为邢台市秋季PM_2.5中水溶性离子的主要来源.     

北京市气温与黑碳和PM2.5对疾病死亡影响的交互效应

通过收集北京市2010~2016年逐日呼吸和心脑血管疾病死亡数据、污染物（BC、PM_2.5、SO₂、O₃和NO₂）日均浓度资料以及同期的气象资料,采用广义相加模型（GAMs）中的主效应模型、非参数二元响应模型和温度分层模型探讨了北京市气温、PM_2.5和BC单效应,以及气温与PM_2.5和BC交互作用分别对呼吸和心脑血管疾病死亡人数的影响.单效应分析结果表明,气温与两种疾病死亡人数的累计暴露-反应关系均呈“J”型分布特征,最适温度为24℃;累计滞后一天情况下PM_2.5和BC的健康效应均最显著,此时PM_2.5和BC浓度每升高四分位间距（IQR）,呼吸系统疾病死亡人数超额增加百分比（ER）分别为2.21%和1.80%,心脑血管疾病死亡人数ER分别为2.02%和1.48%.交互作用的研究结果表明,高温与高浓度的PM_2.5（或BC）对疾病死亡的影响存在协同效应,且高温条件下BC对疾病死亡影响的健康风险大于PM_2.5,当气温大于24℃时,BC和PM_2.5浓度每升高IQR对应的呼吸系统疾病死亡人数ER分别为6.22%和6.17%,心脑血管疾病死亡人数ER分别为5.01%和3.97%.虽然BC只占PM_2.5的一部分,但BC对人群健康的影响不容忽视,应该引起足够的重视.     

液滴荷电雾化湿式电除尘器颗粒捕集特性研究

为研究液滴荷电雾化作用下静电场中粉尘颗粒的捕集特性,设计并搭建了线板式湿式电除尘装置,通过实验获得了电场强度、停留时间、粉尘浓度和液滴流量等参数对捕集效率的影响规律.结果表明,施加雾化荷电液滴后各粒径段颗粒的分级穿透率均低于干式电除尘器,随着电场强度增加至3.5kV/cm,分级穿透率降幅逐渐增大,出口浓度降幅达到最大值,PM_0.5、PM₁和PM_2.5分别降低了28.7%、28.0%和27.1%,高于3.5kV/cm后降幅逐渐减小.相同电场强度下,捕集效率随停留时间的增加而增大,电场强度为4kV/cm时,停留时间由2.14s增大至4.04s,PM_0.5、PM₁和PM_2.5的分级穿透率分别降低了50.2%、49.3%和48.5%.随着粉尘浓度的增加,颗粒碰撞和凝并作用提高,捕集效率逐渐增大,当空间电荷密度难以满足颗粒充分荷电后,继续增大粉尘浓度将导致捕集效率降低.液滴流量的增大能够促进颗粒荷电与凝并,有利于提高捕集效率.与传统湿式电除尘器相比,采用液滴荷电雾化能够明显降低耗水量,且保持较高的颗粒捕集效率.