燃煤电厂烟囱排口可凝结颗粒物气-粒转化规律模拟研究

随着燃煤电厂超低排放改造的实行,可凝结颗粒物(CPM)成为烟气治理难点.本文通过烟雾箱系统,系统考察了烟气组分以及相对湿度、紫外线强度等环境因素对SO₂、NO₂和NH₃转化为硫酸根离子(SO₄^2-)和硝酸根离子(NO₃^-)过程的影响.结果表明：(1)NH₃是体系中SO₄^2-和NO₃^-浓度增长的重要因素,SO₂和NO₂可以共同促进SO₄^2-和NO₃^-浓度增长.(2)通过对萃取液中和滤膜上颗粒物的微观分析发现,NH₃在颗粒物成核过程中起关键作用;颗粒物中主要元素为N和S,硫酸盐和硝酸盐是颗粒物主要成分.(3)相对湿度对SO₄^2-和NO<...     

民用燃料烟气中气态污染物及水溶性无机离子的排放

选取北京市地区典型生物质燃料（玉米芯、玉米秆、黄豆秆、草梗、松木、栗树枝、桃树枝）以及民用煤（烟煤、蜂窝煤）在实验室内进行了模拟燃烧实验,采用Thermo Fisher 42i型化学发光NO-NO₂-NOx分析仪、43i型脉冲荧光SO₂分析仪、48i型CO分析仪对烟气中的NO_x、SO₂、CO进行全程在线监测;对燃烧产生的颗粒物样品进行采集,采用ICS 90A、ICS2000离子色谱仪对不同粒径段颗粒物中的水溶性无机离子进行测定.研究表明：3类民用燃料排放因子均值由大到小的顺序,SO₂为民用煤 > 薪柴 > 秸秆;CO为秸秆 > 民用煤 > 薪柴;NO_x为薪柴 > 民用煤 > 秸秆.薪柴燃烧产生的PM_2.5中SO₄^2-含量最高,占总水溶性无机离子的22%~30%;秸秆类燃烧产生PM_2.5中的水溶性无机离子K⁺占绝对优势,占总水溶性无机离子的36%~49%,其次为Cl^-或SO₄^2-,两者之和占总水溶性无机离子的35%~44%.3类民用燃料中秸秆类燃烧排放的颗粒物中水溶性无机离子的排放因子最高,其次为薪柴类燃料,民用煤最低.本实验对不同粒径段颗粒物中9种水溶性无机离子进行了分析（Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-）,薪柴类燃料燃烧排放的颗粒物中,Na⁺、K⁺、NH₄⁺、F^-的排放因子在0~2.5μm粒径段内最大,Mg²⁺和Ca²⁺的排放因子在2.5~10μm粒径段内最大.秸秆类燃料除Ca²⁺、Mg²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.对于烟煤而言,除了K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大;蜂窝煤中Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.     

京津冀区域PM2.5及二次无机组分污染特征研究

选取北京、石家庄和唐山作为京津冀区域典型城市,基于实地样品采集和组分分析结果,探讨PM_2.5组分中二次无机水溶性离子（SNA）浓度变化特征,并利用空气质量模型模拟结果分析重污染前后京津冀地区各类污染源大气污染物排放对PM_2.5和SNA质量浓度的贡献.结果显示：3个城市PM_2.5质量浓度整体呈现逐年下降的趋势,多数情况下SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺浓度极大值同时出现在冬季,PM_2.5化学组分较为稳定.相对于常规时段,重污染期间SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺质量浓度明显增加,重污染前一天SNA浓度占PM_2.5比值达到最高.重污染的形成是本地源排放和外来区域传输共同作用的结果,外来源对NO₃^-的贡献整体高于SO₄^2-和NH₄⁺.交通源、居民源和工业源对PM_2.5、SO₄^2-和NO₃^-浓度贡献最高,NH₄⁺主要来自居民源的排放.     

燃煤电厂和钢铁厂排放可凝结颗粒物中有机组分研究

目前我国燃煤电厂超低排放改造已基本完成,钢铁行业正在进行超低排放改造。固定源排放的可过滤颗粒物(filterable particulate matter,FPM)浓度越来越低,可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM)排放逐渐引起广泛关注。揭示燃煤电厂和钢铁厂CPM中有机组分特征对于认识CPM成因及控制具有重要意义。采用稀释间接法收集了8个燃煤电厂和3个钢铁厂(2个烧结厂和1个焦化厂)烟气中的CPM,测试和分析了其中有机组分特征。结果表明:燃煤电厂CPM中有机组分含量较低,脱硫入口和总排口平均含量分别为0.082 mg/m3(0~0.331 mg/m3)和0.060 mg/m3(0~0.254 mg/m3),占CPM的比例分别为4.95%和10.1%;钢铁厂CPM中有机组分含量和比例均高于电厂,脱硫入口CPM中有机组分平均含量为1.94 mg/m3(0.408~3.98 mg/m3),占比为22.2%,经过污控措施净化后总排口CPM中有机组分平均含量为0.382 mg/m3(0.149~0.572 mg/m3),占比为11.1%。燃煤电厂CPM中有机组分主要为酯类,钢铁厂CPM中有机组分主要为烷烃类和烷酸类。2类固定源CPM中有机组分占比均相对较低,其无机组分减排工作应予以更多重视。     

超低排放改造推广及NH3减排对京津冀冬季环境效益研究

为量化京津冀（BTH）地区超低排放（ULE）改造推广应用潜在的环境效益,基于GEOS-Chem大气化学模型,设计了2个全国情景和6个区域情景,从区域大气输送、超低排放改造在燃煤电厂（CPPs）、工业燃煤（ICB）推广及控制NH₃排放等方面进行研究.结果表明：（1）全国燃煤电厂完成ULE改造,使得京津冀地区2015年1月PM_2.5浓度下降3.2%(2.4μg·m^-3),如只是京津冀地区燃煤电厂完成ULE改造,可使京津冀地区PM_2.5浓度降低1.1%(0.8μg·m^-3),可知区域联防联控对雾霾的治理具有重要意义;（2）在京津冀地区燃煤电厂完成ULE改造的基础上,工业燃煤完成ULE改造、NH₃排放减少30%和50%,可使得京津冀地区PM_2.5浓度分别降低5.4%(3.5μg·m^-3)、4.7%(4.0μg·m^-3)和7.7%(5.7μg·m^-3),可知工业燃煤的ULE改造和...     

基于随机森林模型的武汉市城区大气PM2.5来源解析

基于2019年12月～2020年11月期间武汉市城区大气PM_2.5及其主要化学组分（碳质组分、水溶性离子和元素组分）的在线监测数据,分析武汉城区大气PM_2.5的污染特征,并利用主成分分析方法和随机森林模型,对PM_2.5进行来源解析．结果表明,武汉市大气ρ(PM_2.5)冬季最高,为（61.33±35.32）μg·m^-3,而夏季最低,为（17.87±10.06）μg·m^-3．其中碳质组分以有机碳为主,年均值为（7.27±3.51）μg·m^-3,离子组分中ρ（NO₃^-）、ρ(SO₄^2-)和ρ（NH₄⁺）最高,年均值分别为（11.55±3.86）、（7.55±1.53）和（7.34±1.99）μg·m^-3,元素组分中ρ（K）、ρ（Fe）和ρ（Ca）最高,年均值分别为（752.80±183.9...     

燃煤电厂和钢铁厂烧结烟气有色烟羽排放特征与管控建议

超低排放改造后,电力和钢铁行业常规大气污染物排放量大幅削减,非常规污染物及有色烟羽问题逐步引起关注,视觉污染及“脱白”问题一时成为讨论的焦点。基于国内外相关标准方法,对3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结机机头烟气总排口处的SO₃、NH₃、可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)的排放水平进行测试,评估超低排放实施效果和有色烟羽治理的可行性。结果表明,3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气SO₃、NH₃和FPM的排放浓度分别为0.11～1.61,0.02～1.66,0.81～5.76 mg/Nm³,均处于较低水平,其中FPM排放浓度均能够满足超低排放要求,实施烟气“脱白”改造后SO₃和NH₃排放浓度与同行业相比均有显著下降,但减排效果较为有限。3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气中CPM排放浓度分别为3.39～4.82,26.6～29.1 mg/Nm³,其中钢铁厂CPM排放浓度处于较高水平,约为颗粒物超低排放限值的3倍,CP...     

苏南五市秋冬季PM2.5化学组成特征和空间差异

于2020年9月至2021年2月在苏南五市(南京、苏州、无锡、常州和镇江)收集PM_2.5滤膜样品,分析了各样品中的水溶性无机离子和碳质组分.结果表明,苏南五市PM_2.5各组分中ρ(NO₃^-)均为最高[(9.54±10.1)～(12.1±11.3)μg·m^-3],比其它目标组分高约2倍以上.由于受更多道路扬尘和燃煤源的影响,常州市PM_2.5中Ca²⁺、Cl^-、OC和EC的浓度平均值高于其它4个城市.将所有目标组分浓度相加得到重构PM_2.5(r PM_2.5)浓度,发现各城市r PM_2.5浓度均由二次无机离子(NH₄⁺、NO₃^-和SO₄^2-,SNA)主导,占比高达(59.2%±11.1%)～(70.8%±9.72%),且r ...     

太原市采暖季PM2.5组分特征及重污染事件分析

针对2017~2018年采暖季太原市PM_2.5及其水溶性离子、碳质组分和无机元素开展在线观测,结合气象数据分析不同污染水平下的组分特征.分析表明,2017~2018年太原市采暖季细颗粒物主要化学成分为SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺、Cl^-、Ca²⁺、OC、EC,且呈现OC>SO₄^2- > NO₃^- > NH₄⁺ > Cl^- > Ca²⁺ > EC的趋势,随污染水平增长最多的是二次无机物;优良、轻度污染和重污染3种污染水平下OC、EC相关系数分别为0.69、0.66、0.55,N/S分别为1.06、1.29、0.93,表明随着污染水平的提高,OC和EC的来源一致性逐步变差,且排放源虽仍处于氮排放源（移动源和工业源）和硫排放源（燃煤源）的共同控制,但硫排放源贡献率显著升高.重污染事件分析表明太原市重污染应对过程中不仅需要加强机动车、工业源等污染源的管控,更需要重点加强燃煤管控.     

典型超低排放燃煤电厂可凝结颗粒物特征和成因

燃煤电厂排放的可凝结颗粒物（condensable particle matter,CPM）由于其潜在的大气环境影响引起广泛关注,而目前对于燃煤电厂CPM的特征和成因尚不清楚.本研究通过稀释间接法收集了超低排放改造后的典型燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫（wet flue gas desulfurization,WFGD）入口/出口和湿式静电除尘（wet electrostatic precipitator,WESP）出口位置的CPM,并对其进行重量分析和水溶性离子分析,同时测量了可能的CPM气态前体物浓度.结果表明,烟气中CPM的主要气态前体物为HCl、HNO₃、SO₃和NH₃等.烟气温度降低后,这些气态前体物通过冷凝或化学反应形成CPM.所形成CPM主要化学组分包括SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-和NH₄⁺等水溶性离子.WFGD和WESP可以降低CPM气态前体物的浓度,进而减少CPM排放,经过WFGD和WESP后CPM浓度的平均下降比例分别为27%和45%.此外,稀释降温后烟气中的SO₃非均相冷凝在已有的颗粒物表面上,导致颗粒物中的SO₄^2-增加,同时Cl^-和NO₃^-减少,致使最终排口处CPM的水溶性离子组分主要为SO₄^2-.     

燃煤电厂颗粒物中硫酸根与硝酸根离子的转化规律

燃煤电厂排放的颗粒物可以分为可凝结颗粒物（condensable particle matter,CPM）和可过滤颗粒物（filterable particle matter,FPM）.通过分析7个超低排燃煤电厂的湿法脱硫（wet flue gas desulfurization,WFGD）进出口和湿电除尘（wet electrostatic precipitator,WESP）出口烟气中CPM和FPM的SO₄^2-和NO₃^-浓度,揭示了这2种典型水溶性离子在烟道内的变化规律与转化特征.结果表明在WFGD前后,CPM中的SO₄^2-和NO₃^-浓度呈降低趋势,其降低率范围分别为43.12%~86.84%和17.99%~91.58%,而FPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈增大趋势.在WESP前后,CPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈增大趋势,增长率范围分别为21.05%~424.65%和13.51%~298.37%,而FPM中SO₄^2-和NO₃^-浓度呈减小趋势.在WFGD中,随着烟气温度降低和湿度增加,部分CPM会通过冷凝和团聚作用进一步转化为FPM;在WESP中,由于烟气一直处于低温、高湿的条件,烟气中存在的SO₂与NO₂会结合水蒸气发生氧化还原反应,进而经过协同作用促进CPM中SO₄^2-和NO₃^-的生成.     

超低排放典型燃烧源颗粒物及水溶性离子排放水平与特征

研究以自行开发建立的超低排放高湿废气中总颗粒物（total particulate matter,TPM）的直接冷凝采样系统及监测方法,应用于3台北京市超低排放典型燃烧源烟气中颗粒物的排放监测.分析和评估超低排放典型燃烧源排气中颗粒物及其水溶性离子的排放水平与组成特征,探究可过滤颗粒物（filterable particulate matter,FPM）和可凝聚颗粒物（condensable particulate matter,CPM）及其水溶性离子的相互作用与影响因素.结果表明：北京市超低排放燃煤锅炉FPM基准氧含量排放浓度介于1.04~1.11mg·m^-3之间,TPM基准氧含量排放浓度介于3.82~8.69mg·m^-3之间,均满足国家超低排放颗粒物限值要求（10mg·m^-3）,燃煤电厂TPM排放浓度超过了北京市颗粒物排放标准限值要求（5 mg·m^-3）.燃煤供暖锅炉CPM及其总水溶性离子排放水平分别为3.05mg·m^-3和1.30mg·m^-3,显著低于燃煤电厂,与燃煤电厂的负荷和烟温较高有关;燃煤电厂锅炉CPM及其总水溶性离子排放浓度分别是燃煤供暖锅炉的2.2~2.4倍和1.7~2.2倍.燃气电厂TPM及其总水溶性离子排放水平分别为1.99mg·m^-3和1.44mg·m^-3,均明显低于燃煤锅炉.CPM是燃烧源排气中颗粒物的主要形式,在超低排放锅炉烟气中CPM对TPM的质量贡献显著增加,并随烟温的升高而增加,燃煤锅炉为72.6%~88.1%,燃气电厂为93.1%,且水溶性离子总量的66.1%~94.2%存在于CPM中.排气烟温显著影响颗粒物及其水溶性离子的赋存形态、脱除效率与排放水平.SO₄^2-是燃煤锅炉颗粒物的主要特征离子,排放浓度介于0.98~1.18mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的27.7%~49.6%,来源于烟气脱硫;F^-是燃煤电厂颗粒物中又一主要特征离子,排放浓度介于1.91~2.32mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的54.4%~56.1%,可能与燃料煤含氟量高有关;NH₄⁺是燃气电厂颗粒物的主要特征离子,排放浓度为0.92mg·m^-3,占水溶性离子排放总量的64.2%,来源于选择性催化还原法（selective catalytic reduction,SCR）脱硝过程中的NH₃逃逸,其排放浓度显著高于燃煤锅炉,可能与燃气电厂缺少其它净化设施的协同去除效应有关.     

超低排放路线下燃煤烟气可凝结颗粒物在WFGD、WESP中的转化特性

固定污染源可凝结颗粒物在监测时常被忽视,为了减少可凝结颗粒物排放,本文研究了其在烟气净化设施中的转化规律.结果表明,湿法脱硫装置、湿式电除尘装置对可凝结颗粒物的去除有协同作用,烟气中可凝结颗粒物质量浓度均高于可过滤颗粒物,但总颗粒物(可凝结颗粒物和可过滤颗粒物之和)排放量达到超低排放要求.在湿法脱硫进出口处可凝结颗粒物中有机物的质量浓度均超过了无机物的质量浓度,但在湿式电除尘出口处趋近相等.根据可凝结颗粒物无机部分水溶性离子成分及浓度的测试结果,推测可凝结颗粒物捕集过程中会有PM0.3进入,可凝结颗粒物形成过程中会产生酸雾,并且在湿法脱硫、湿式电除尘作用下,酸性加强.本研究发现SO2-4是可凝结颗粒物无机部分主要的特征水溶性离子.     

Suggestion on further strengthening ultra-low emission standards for PM emission from coal-fired power plants in China

China has established the largest clean coal-fired power generation system in the world by accomplishing the technological transformation of coal-fired power plants(CFPPs) to achieve ultra-low emission. The potential for further particulate matter(PM) emission reduction to achieve near-zero emission for CFPPs has become a hotspot issue. In this study,PM emission from some ultra-low emission CFPPs adopting advanced air pollutant control technologies in China was reviewed. The results revealed tha...     

超低改造下中国火电排放清单及分布特征

本研究基于2018年火电在线监测和环境统计等数据,自下而上编制了中国高分辨率火电行业排放清单,并核算了排放浓度、排放因子和排放量.结果表明超低排放政策效果显著：2018年火电SO₂、NO_x和烟尘平均排放浓度分别为37.57、56.71和7.41mg ·m^-3.比2015年分别下降58.71%、43.12%和60.79%;中国燃煤机组的SO₂、NO_x和烟尘平均排放因子分别为0.30、0.48和0.06 g ·kg^-1,比2015年分别下降55.2%、36.84%和62.5%;中国火电SO₂、NO_x、烟尘和PM_2.5总排放量分别为72.14、118.38、14.90和13.59万t ·a^-1,比2015年分别下降41.32%、19.29%、48.12%和40.39%.     

超低排放燃煤电站三氧化硫的迁移和排放特征

采用美国环保署(USEPA)method 8推荐的方法,对典型超低排放燃煤电站满负荷工况下的燃煤、烟气、飞灰、渣进行三氧化硫监测.实验结果表明:燃煤电站超低排放环保设备对三氧化硫的总脱除率为71.86%,大气三氧化硫排放浓度为1.5 mg·m~(-3)(气体体积为标准大气压下的体积,下同).选择性脱硝催化剂(SCR)前烟气中三氧化硫生成量为二氧化硫的0.46%,在SCR催化剂SO_2/SO_3的转化率为0.58%,空气预热器内气态三氧化硫浓度显著降低.低温电除尘(LLT-ESP)内三氧化硫与飞灰结合得到脱除,LLT-ESP细灰中三氧化硫含量为粗灰的1.38倍.湿法脱硫系统(WFGD)对三氧化硫的脱除率为48.45%.超低排放燃煤电站大气三氧化硫排放因子EF_煤、EF_电分别为17.13 mg·kg~(-1)、4.41 mg·kW~(-1)·h~(-1).估算2018年我国燃煤电站三氧化硫大气排放总量约为3.99万t·a~(-1).     

超低排放下燃煤电厂氨排放特征

燃煤电厂采用SCR(选择性催化还原)脱硝过程消耗大量的氨,同时存在氨逃逸和氨排放问题.为了掌握超低排放燃煤机组的氨排放程度、脱硝氨逃逸情况以及各环保设施对氨的协同脱除能力,为燃煤电厂氨减排政策制定和氨减排技术研发提供支持.在京津冀大气污染传输通道城市中选取11个城市中的14台机组,采用例如DL/T 260—2012《燃煤电厂烟含脱硝装置性能验收试验规范》的标准方法用稀硫酸吸收烟气中的氨再结合分光光度测试方法,对环保设施多个位置的烟气中氨进行浓度测试.结果表明:①氨排放浓度介于0.05~3.27 mg/m3之间,平均约0.95 mg/m3,通过烟气排入大气中氨的浓度不高;②测试的14台机组中有7台机组(约50%)脱硝氨逃逸值高于设计值(2.28 mg/m3),说明脱硝氨逃逸超过设计值呈普遍现象,个别电厂脱硝氨逃逸严重,氨逃逸亟待解决;③环保设施对逃逸氨具有较好的协同脱除能力,平均脱除率约为64.86%.建议对于SCR脱硝氨逃逸严重的机组,对SCR出口烟道截面氮氧化物(NO_x)实施网格式测试,在此基础上实施精细化精准喷氨、优化流场、提高SCR脱硝运行水平(或采用专业化运维),从源头上减少氨耗量,降低系统能耗和氨排放.      

北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益评估

为分析北京市燃煤源排放控制措施的污染物减排效益,基于MEIC（中国多尺度排放清单模型）,采用情景分析法,评估了北京市电厂能源清洁化与末端治理、燃煤锅炉改造和城区平房区居民采暖改造等措施的污染物减排效益.结果表明,相对于无控情景,2013年北京市电厂能源清洁化与末端治理减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量为1.28×104、2.10×104、5.13×104和4.98×104 t,分别占无控情景的85%、86%、87%、74%;北京市燃煤锅炉改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO_x排放量为1.09×104、2.68×104、11.64×104和5.81×104 t,分别占无煤改气情景的83%、89%、83%、83%;北京市老旧平房区的居民采暖改造减少PM_2.5、PM₁₀、SO₂和NO_x排放量分别为630、870、2 070和790 t,均占无煤改电情景的8%.研究显示,北京市从1998年开始采取的各种减排措施有效地减少了污染物的排放,对北京市空气质量改善具有重要意义.      

超低排放高湿废气总颗粒物监测方法及燃气电厂实际测试

随着我国燃煤电厂等相关行业超低排放改造的推行,固定源排气中可过滤颗粒物（filterable particulate matter,FPM）与气态污染物的排放水平均显著降低,而可凝聚颗粒物（condensable particulate matter,CPM）的排放却日益受到关注.本研究在全面分析了国内外固定源低浓度FPM排放水平下FPM与CPM的测量方法,并在已有研究和实验探索的基础上,对FPM和CPM的监测方法进行了研究,自行开发建立了适合我国实际的超低排放高湿废气中总颗粒物（total particulate matter,TPM）的直接冷凝采样监测方法,并应用于北京市燃气电厂TPM测量.结果表明,北京市燃气电厂排气中TPM排放水平介于1.98～3.77 mg·m^-3之间,平均排放浓度为2.81 mg·m^-3;而FPM的平均排放浓度仅为0.10 mg·m^-3.燃气电厂颗粒物排放以CPM为主,占TPM的比例高达93.8%～99.2%,平均占比为97.0%;FPM占TPM的比例为0.7%～6.2%,平均占比为3.0%;可过滤的可凝聚颗粒物（filterable condensable particulate matter,CPM-F）的排放水平略高于FPM.