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SO42-是可凝结颗粒物无机部分主要的特征水溶性离子。     

超低排放改造后燃煤电厂细颗粒物排放特征

超低排放改造后,燃煤电厂细颗粒物排放特征发生了变化,为定量评估颗粒物中各组分的排放特征及环保设备对细颗粒物的影响选取了3台超低排放机组为研究对象利用DGI分级撞击采样器对湿法烟气脱硫装置(WFGD)、湿式静电除尘器(WESP)进、出口颗粒物取样并用多种指标分析研究.结果表明,3台机组出口处排放的PM_1、PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度范围分别为0.25～0.38、0.31～0.42和0.42～0.57 mg·m~(-3)两种改造工艺下排放的PM_(10)质量浓度相当,但是颗粒物粒径分布和成分组成存在差异相比FP1和FP2机组,FP3机组PM_(2.5)/PM_(10)比值最高,可能原因是FP3机组安装了WESP,对粒径2.5μm以上的颗粒有更好地脱除效果.FP2和FP3机组排放的PM_(2.5)中水溶性离子总浓度分别为0.20 mg·m~(-3)和0.06 mg·m~(-3),FP2机组排放水溶性离子以Ca~(2+)和SO_4~(2-)为主,FP3机组以NH_4~+和SO_4~(2-)为主.FP2机组WFGD进出口颗粒物分析结果显示,WFGD过程会通过夹带含石灰石、石膏的脱硫浆液增加水溶性离子排放.在WFGD后加WESP能有效去除PM_(25)、PM_(10)颗粒物,降低水溶性离子对大气环境的影响.     

炼焦过程及周边环境颗粒物中水溶性无机离子特征

为明确炼焦过程排放颗粒物及周边环境颗粒物中水溶性无机离子的污染特征,于2012年5月利用改良的标准大体积总悬浮颗粒采样器采集燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气TSP（total suspended particulates,总悬浮颗粒物）样品,使用Staplex234大流量采样器采集焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气PM_1.4样品,采用ICS-90离子色谱仪测试样品中SO₄2-、NH₄+、Ca2+、Cl-、NO₃-、F-、Mg2+、K+、Na+共9种水溶性无机离子.结果表明:SO₄2-为炼焦过程排放的特征离子.炼焦过程燃烧室废气烟囱排放的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最高,为（5 493±901）μg/m3;其次为焦炉顶无组织排放的TSP,其总水溶性无机离子质量浓度为（902±222）μg/m3;焦炉周边环境空气的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最低,为（712±288）μg/m3.SO₄2-为燃烧室废气烟囱排放TSP与燃煤锅炉烟气排放颗粒物中共有的主要特征离子,但与燃煤锅炉烟气相比,燃烧室废气烟囱排放的w（SO₄2-）略低,w（F-）则相反.NH₄+较易富集于焦炉顶无组织排放的细颗粒物中,而SO₄2-则较易富集于粗颗粒物中.研究显示,炼焦过程及焦炉周边环境空气颗粒物中9种水溶性无机离子分布特征不同,SO₄2-是燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放的TSP中质量浓度最高的水溶性无机离子.      

超低排放燃煤电厂颗粒物脱除特性

在京津冀某660 MW超低排放发电机组,通过低压撞击器(DLPI)颗粒物取样系统对选择性催化还原装置(SCR)、低低温省煤器(LLTe)、静电除尘器(ESP)、高效湿法脱硫塔(WFGD)、湿式静电除尘器(WESP)进出口烟气中的颗粒物取样,通过滤膜取样系统对WFGD、WESP进出口颗粒物进行同步取样.获得了超低排放改造后,不同烟气处理设备对PM1、PM1~2.5、PM_(2.5~10)的脱除效率.结果表明,SCR能够明显增加PM1的质量浓度,PM1增加了52.11%;LLTe能够显著提高ESP的脱除效率,尤其是0.1~1μm范围内的颗粒物;WFGD能够协同脱除SO_2和颗粒物,但会增加PM1的排放,PM1质量浓度增加了59.41%,PM10中水溶性Mg2+、Cl-、SO2-4组分增加;WESP对PM1、PM1~2.5、PM_(2.5~10)均有较高的脱除效率,能够进一步降低颗粒物质量浓度.超低排放技术路线下,该燃煤电厂最终排放的PM10质量浓度为2.04 mg·m~(-3).     

典型钢铁焦化厂可凝结颗粒物排放特征

钢铁焦化厂可凝结颗粒物（CPM）对大气细颗粒物（PM_2.5）的贡献不容忽视,然而目前关于焦化厂CPM排放特征的认识仍很不清楚。采用稀释间接法对焦化厂烟气中CPM的排放进行了测试,对其在脱硫入口和总排放口的浓度及化学组成进行了系统分析。发现在焦化脱硫入口和总放排口CPM浓度分别为9.5,1.2 mg/m3,是可过滤细颗粒物（FPM_2.5）浓度的14,4倍。CPM中占比最高的为水溶性离子,主要为Cl-和K+;其次为有机物。脱硫入口处CPM中有机组分以烯烃类、环烷烃类、烷烃类等为主,总排放口则以醇类、烯烃类、酚类等为主。采用"碳酸氢钠干法脱硫+袋式除尘器+中低温选择性催化还原脱硝"烟气净化技术路线对CPM气态前体物有一定的协同去除能力,CPM去除率为87.3%。     

超低排放燃煤电厂颗粒物脱除特性

在京津冀某660 MW超低排放发电机组,通过低压撞击器(DLPI)颗粒物取样系统对选择性催化还原装置(SCR)、低低温省煤器(LLTe)、静电除尘器(ESP)、高效湿法脱硫塔(WFGD)、湿式静电除尘器(WESP)进出口烟气中的颗粒物取样,通过滤膜取样系统对WFGD、WESP进出口颗粒物进行同步取样。获得了超低排放改造后,不同烟气处理设备对PM1、PM1~2.5、PM2.5~10的脱除效率。结果表明,SCR能够明显增加PM1的质量浓度,PM1增加了52.11%;LLTe能够显著提高ESP的脱除效率,尤其是0.1~1μm范围内的颗粒物;WFGD能够协同脱除SO2和颗粒物,但会增加PM1的排放,PM1质量浓度增加了59.41%,PM10中水溶性Mg2+、Cl-、SO42-组分增加;WESP对PM1、PM1~2.5、PM2.5~10均有较高的脱除效率,能够进一步降低颗粒物质量浓度。超低排放技术路线下,该燃煤电厂最终排放的PM10质量浓度为2.04 mg·Nm-3。     

燃煤电厂产生和排放的PM2.5中水溶性离子特征

为了认识我国燃煤电厂一次PM2.5排放特征,并定量评估大规模开展烟气脱硫与脱硝对其影响,本研究选取了国内一个煤粉炉电厂和一个循环流化床电厂,对其产生和排放的PM2.5进行现场测试,并进行水溶性离子组分的分析.结果表明,在所测的这两个电厂中,循环流化床电厂产生的PM2.5的质量浓度高于煤粉炉电厂产生的PM2.5的质量浓度,但是这两个电厂排放的PM2.5的质量浓度相当.产生此结果的主要原因是该循环流化床电厂配备的电袋复合除尘器比煤粉炉电厂的普通电除尘器对PM2.5去除效率更高.煤粉炉电厂产生PM2.5中水溶性离子浓度低于循环流化床电厂,但是煤粉炉电厂排放PM2.5中水溶性离子浓度却远远高于循环流化床电厂,表明煤粉炉电厂排放的PM2.5受脱硫和脱硝设施的影响较大.煤粉炉烟气脱硝过程中可能形成硫酸雾,烟气中的部分硫酸雾和过剩的NH3反应生成NH4HSO4进入颗粒相,同时降低了PM2.5的p H值;而脱硫过程中脱硫液的夹带也会导致NH+4和SO2-4进入PM2.5.所以,虽然两个电厂产生的PM2.5中水溶性离子均以Ca2+和SO2-4为主,但煤粉炉排放PM2.5中的水溶性离子则以NH+4和SO2-4为主.     

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.     

典型脱硫工艺对燃煤锅炉烟气颗粒物的影响

脱硫是燃煤锅炉的重要除污环节,为探究脱硫工艺对烟气颗粒物的影响,选取4台不同脱硫工艺（石灰石/石膏法、炉内喷钙法、氨法和双碱法）的燃煤锅炉,利用再悬浮采样法和稀释通道采样法分别采集脱硫前后烟气颗粒物样品,并测定颗粒物中的水溶性离子、无机元素和碳组分.结果表明,脱硫剂对烟气PM_2.5的组分构成产生影响,烟气经过石灰石/石膏法脱硫后,PM_2.5中的Ca由5.1%提高至24.8%;经过氨法脱硫后,PM_2.5中NH₄⁺的质量分数由0.8%提高到7.3%;双碱法脱硫则使烟气PM_2.5中Na由0.9%提高到1.7%.湿法和干法脱硫工艺的作用显著不同,湿法脱硫排放颗粒物的离子含量较高,经过石灰石/石膏法和氨法脱硫,PM_2.5中SO₄^2-的质量分数分别由2.0%和6.7%提高到9.6%和11.9%,Cl^-分别由0.4%和1.2%提高到3.8%和5.2%,而Cr、Pb、Cu、Ti和Mn等重金属经过湿法脱硫出现含量下降;相对湿法脱硫,干法脱硫燃煤锅炉排放的PM_2.5中富含Al、Si和Fe等地壳元素.湿法脱硫同样对碳组分产生影响,石灰石/石膏法和氨法脱硫后,烟气PM_2.5的元素碳EC质量分数分别从6.1%降至0.9%和从3.6%降至0.7%,但是有机碳OC的含量并没有下降.     

燃煤热电厂烟气超低排放改造工程实践

某燃煤热电厂采用SNCR-SCR耦合脱硝+布袋除尘+湿法石灰石-石膏烟气脱硫+湿式静电除尘的组合工艺对原烟气净化设施进行改造,以实现烟气污染物的超低排放。随机抽取1个月的污染物排放数据进行分析,结果表明:SO_2排放浓度非常低,平均浓度仅为6. 32 mg/m~3,应进一步优化控制参数实现经济运行。NO_x排放浓度稳定,98. 2%的时段排放浓度<50 mg/m~3,但氨逃逸控制不理想。经过湿法脱硫和湿式静电除尘后,96%的时段粉尘排放浓度<2. 5 mg/m~3。综合分析,组合工艺是一种适合燃煤烟气超低排放改造的可靠工艺。     

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.     

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-.     

超低排放燃煤电厂中湿式电除尘器对可凝结颗粒物排放特性的影响

为了解不同负荷下超低排放燃煤电厂中湿式电除尘器（WESP）对可凝结颗粒物（CPM）排放特性的影响,基于US EPA Method 202搭建了CPM采样装置,分析了某安装有WESP的超低排放燃煤电厂烟气中CPM的排放水平,评估了机组负荷对CPM排放浓度的影响以及WESP对CPM中各组分的脱除效率．结果表明,在75%负荷和100%负荷条件下,超低排放电厂CPM的排放量分别为27.27 mg·m^-3和28.71 mg·m^-3,WESP对CPM的脱除效率分别为35.59%和27.59%.SO₄^2-是CPM中水溶性离子的主要成分,在不同负荷条件下SO₄^2-在CPM中无机组分的质量分数达到了65%以上;WESP对于CPM中Cl^-、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺等无机离子的脱除效率可以达到30%～50%,但会使CPM中SO₄^2...     

Investigation on condensable particulate matter emission characteristics in wet ammonia-based desulfurization system

Particulate matter emissions from ammonia-based wet flue gas desulfurization (Ammonia-WFGD) systems are composed of a filterable particulate matter and a condensable particulate matter (CPM) portion. However, the CPM part has been ignored for a long time, which results in an underestimation of the aerosol problems caused by Ammonia-WFGD systems. In our research, the characteristics of the CPM that emits from an Ammonia-WFGD system are investigated experimentally for the first time, with the US Environmental Protection Agency Method 202 employed as the primary measurement. The influences of some essential desulfurizing parameters are evaluated based on the experimental data. The results show that CPM contributes about 68.8% to the total particulate matter emission. CPM consists mainly of ammonium sulfates/sulfites, with the organic part accounting for less than 4%. CPM is mostly in the submicron fraction, about 71.1% of which originates from the NH₃–H₂O–SO₂ reactions. The appropriate adjustments for the parameters of the flue gas and the desulfurizing solution can inhibit CPM formation to different extents. This indicates that the parameter optimizations are promising in solving CPM emission problems in Ammonia-WFGD systems, in which the pH adjustment alone can abate CPM emission by around 49%. The opposite variations of the parameters need attention because they can cause tremendous CPM emission increase.     

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.     

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。     

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...     

固定污染源可凝结颗粒物测量方法

随着燃煤电厂以及钢铁等非电行业超低排放改造的进行,固定污染源可过滤颗粒物(FPM)排放浓度逐渐降低,可凝结颗粒物(CPM)的排放逐步引起关注.然而目前对CPM的认识不足,尚没有国际统一的标准测量方法.本研究分析了可用于固定源CPM测量的3种方法,包括冷凝法、稀释间接法和稀释直接法,并在燃煤电厂、钢铁焦化厂和钢铁烧结厂等固定源进行了CPM现场测量.结果表明,8个电厂和钢铁厂冷凝法测得的CPM质量浓度均显著高于稀释间接法和稀释直接法测量结果.冷凝法测得的CPM中含有大量的SO_24-、Cl-等水溶性离子,其浓度显著高于稀释间接法和稀释直接法测量结果.稀释直接法测量的CPM浓度相对较低.冷凝法测量过程中由于水蒸气过饱和冷凝成水吸收SO_2和HCl等易溶于水的气体,进而显著高估了CPM实际排放浓度.稀释间接法能模拟实际大气环境中CPM的形成过程,且不存在冷凝水吸收等问题.