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SO_(2)、NO_(2)和NH_(3)转化为硫酸根离子(SO_(4)^(2−))和硝酸根离子(NO_(3)^(−))过程的影响.结果表明:①NH_(3)是体系中SO_(4)^(2−)和NO_(3)^(−)浓度增长的重要因素,SO_(2)和NO_(2)可以共同促进SO_(4)^(2−)和NO_(3)^(−)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,NH_(3)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SO_(4)^(2−)和NO_(3)^(−)的生成有促进作用,高湿条件下SO_(2)^(-)NH_(3)-NO_(2)体系中SO_(4)^(2−)增长率最高为104%,NO_(3)^(−)增长率最高为333%.④在不同强度的紫外线照射下,各反应体系生成的SO_(4)^(2−)与NO_(3)^(−)浓度均随紫外线强度的增大而增加,且光化学氧化对硝酸盐生成的影响大于对硫酸盐的影响.研究显示,烟气组分、相对湿度和紫外线强度等因素都会对可凝结颗粒物气-粒转化过程产生不同程度的影响.

固定污染源烟气中可凝结颗粒物监测技术现状及展望

随着国家对大气环境治理的推进,可凝结颗粒物(CPM)成为工业烟气防治的关键污染物。CPM在烟道高温环境中为气态物质,排入大气环境后快速凝结成颗粒态物质,对其进行准确测量是国内外的前沿技术挑战之一。通过研究分析CPM在烟气和烟羽中演化特征与监测技术现状,阐明CPM的概念、形成机制与排放特征,阐释已有的工业烟气CPM采集与分析方法及其存在的问题,并进一步对超低排放烟气中CPM的在线监测和质控技术提出展望。

可凝结颗粒物排放对北京市PM_(2.5)污染的影响估计

可凝结颗粒物(CPM)是PM_(2.5)的前体物之一.行业研究发现我国燃煤燃气锅炉、冷却塔等存在大量CPM排放,理论上存在致霾可能,但环境污染研究很少将CPM纳入PM_(2.5)排放成因分析中.基于北京市空气质量监测数据的统计分析发现,PM_(2.5)超标时PM_(2.5)/PM10显著上升,二次污染特征明显,且有逐年加剧趋势.而当前被视为主要前体物的SO_(2)和NO_(2)排放量和环境浓度逐年下降,且环境浓度与PM_(2.5)/PM10和PM_(2.5)积累速率无显著相关关系.估算北京市燃气采暖源的CPM排放量对环境空气中PM_(2.5)含量的贡献至少与NOx相当,且PM_(2.5)污染高发的静稳高湿气象极易导致CPM集聚转化,推测当前监测管理中忽视的CPM是影响北京市PM_(2.5)继续削减的原因,建议制定法规对CPM排放予以控制,筛选并推广先进技术,实现水蒸气余热回收和雾霾治理双重效益.

燃煤机组烟气冷凝对可凝结颗粒脱除特性的影响

烟气冷凝回收烟气中水资源作为规模应用的主流技术,是烟气水资源回收的主要方法,该方法能使可凝结颗粒物冷凝并协同脱除。研究了脱硫出口饱和湿烟气在不同冷凝程度下对可凝结颗粒物的脱除作用,结果表明烟气冷凝系统对烟气中的可凝结颗粒物具有明显脱除作用,且随着冷凝温度降低,脱除效率升高。烟气过饱和度小于2时,随冷凝程度增加,可凝结颗粒物脱除效率增加趋势减缓,以非均相凝结为主。烟气过饱和度大于2时,随冷凝程度增加,可凝结颗粒物脱除效率增加明显,湿烟气水蒸气冷凝开始进入均相凝结。当烟气过饱和度达到3.39时,可凝结颗粒物脱除效率达81.10%。

固定源可凝结颗粒物中金属元素组分特征研究

参考2017年美国环境保护署(USEPA)推荐的Method 202和中国《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017),对中国华北、华东地区正常稳定运行的燃煤电厂、燃煤供热锅炉、垃圾焚烧发电厂、建筑陶瓷厂、焦化厂、石化厂等涉气重点行业企业排放的固定源可凝结颗粒物(CPM)及其中的金属元素进行了测试。结果表明,不同行业企业废气CPM中金属元素的种类和排放水平不同,主要与燃烧源、原(辅)材料、生产工艺、废气治理设施的CPM治理效果等因素有关。CPM中Zn、Al是主要金属组分,多数企业Fe、Ba占比也较高。燃煤电厂中As、Pb,燃煤供热锅炉中Pb、Cr、As,石化厂中Hg、Pb,建筑陶瓷厂中Cr,垃圾焚烧发电厂和焦化厂中As,分别是CPM中值得关注的有毒有害重金属元素。

固定源可凝结颗粒物监测技术研究

应用CFD软件模拟固定源排放的湿烟气和CPM(Condensable Particulate Matter,可凝结颗粒物)在不同风速下的扩散过程,表明CPM与湿烟气中的水分在烟囱出口周边大气中的扩散分布情况基本一致,有着类似的形成过程.温度是决定CPM和水分凝结的关键因素,CPM测试数据应标明样品采集时的冷凝温度,(0±1)℃是最佳冷凝温度,可获得较高的捕集效率.参考《排放管道中可凝结性微粒检测方法》(EPA Method 202)和《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017),设计并制作了适于国内污染源监测实际的CPM采样装置.经现场实际测定,该装置可以较好地应用于我国污染源监测实际.相较稀释通道法,干冲击瓶法更适合成为污染源监测的标准分析方法.此外,讨论了CPM测定中样品回收、全程序空白值偏高等需注意的问题.

燃煤电厂可凝结颗粒物及水溶性离子排放特性研究

随着燃煤电厂超低排放改造的进行,烟气中可过滤颗粒物排放浓度得到了有效控制,但可凝结颗粒物的排放却常被忽视。为解决此问题,采用EPA Method 202A方法对3个燃煤机组总排口烟气进行取样,并对可凝结颗粒物及其水溶性离子的排放特性进行了研究。通过样品分析得到可过滤颗粒物排放浓度、可凝结颗粒物排放浓度和水溶性离子成分,可凝结颗粒物排放质量浓度为12.2-32.71 mg/m^(3),在排放的总颗粒物中占比为74.80%~94.92%,可凝结颗粒物无机组分和有机组分何者占优并不固定;可凝结颗粒物的水溶性离子中NH_(4)^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)的离子较多,大概占所有水溶性离子的比例为82.35%-96.66%.

超低排放燃煤电厂可凝结颗粒物排放特性

为探究国内某超低排放燃煤电厂中污染物控制装备(APCDs)对可凝结颗粒物(CPM)排放的影响规律,采用美国环保署推荐的EPA Method 202A方法对机组湿法脱硫系统(WFGD)前后和湿式电除尘器(WESP)后的烟气进行平行取样。通过样品分析得到了该燃煤电厂CPM在烟道不同位置处的质量浓度以及成分组成,通过进一步数据分析研究了CPM在APCDs中的迁移转变过程以及电厂现有APCDs对CPM的协同脱除效果。结果表明:ESP后的烟气中CPM含量已经占据主导地位,在WFGD入口、WFGD出口和WESP出口的质量浓度分别为24.07、12.71和7.72 mg/Nm^(3);在总颗粒物(TPM)中占比分别为61.83%、53.34%和76.06%。随着烟气流动,CPM中无机部分占比逐渐下降,从WFGD入口的69.38%下降至WESP出口的54.40%。CPM无机部分中主要以SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)等酸根阴离子为主,SO_(4)^(2-)质量浓度占比始终最高。WFGD和WESP对CPM的脱除效率分别为47.20%和39.26%。WFGD+WESP对CPM的联合脱除效率为67.93%。研究结果可为燃煤电站CPM排放规律和控制方法提供数据支撑。

超低排放燃煤电厂SO_(3)和可凝结颗粒物迁移规律研究

为获得燃煤电厂SO_(3)和可凝结颗粒物(CPM)的迁移排放特性,对国内多家超低排放燃煤机组烟气中SO_(3)和CPM进行现场测试。结果表明:有4家电厂的选择性催化还原(SCR)脱硝系统对SO_(3)总生成量的贡献率在42.01%~52.08%之间,湿法烟气脱硫装置(WFGD)对SO_(3)的脱除效率在51.20%~65.20%之间,湿式电除尘器(WESP)对SO_(3)的脱除效率在77.25%~79.27%之间;从排放烟气看,配备WESP的超低排放改造电厂均能有效脱除SO_(3),总脱除效率达到94.28%以上;此外,现有污染物控制装置对CPM有一定脱除作用,其中,WFGD对CPM的脱除效率在34.64%~47.20%之间,WESP对CPM的脱除效率在36.20%~39.26%之间;CPM主要由SO42–、Cl–和NO3–等酸根离子组成,CPM无机成分中的NH4+和SO42–分别来自烟气中的NH3和SO_(3),其质量浓度与烟气中NH3和SO_(3)的质量浓度正相关。

有色烟羽分析及可凝结颗粒物管控技术综述

通过对有色烟羽相关概念的探讨,揭示白烟与蓝烟主要组分间的差异,并重点分析蓝烟的主要组分可凝结颗粒物的特性。基于凝结核活化、增长和碰并沉降的自然机理,提出一种新的可凝结颗粒物去除技术,即云除技术。热力锅炉和电厂的实验测试表明,该云除技术能够有效地去除锅炉排放中的可凝结颗粒物,平均去除率接近70%。该技术对于重金属具有协同去除效应,其中对于重金属汞的去除率可达50%左右。对有色烟羽概念的探讨有助于更为清晰明确地认识和理解可凝结颗粒物,云除技术为电厂、钢厂和热力锅炉等多个行业可凝结颗粒物的管控提供了新的治理手段。

固定源排气中可凝结颗粒物排放与测试探讨

阐述了可凝结颗粒物的定义及国内外颗粒物的测定方法,并就可凝结颗粒物的量级及危害进行了初步讨论,提出可凝结颗粒物应为被忽略的固定源颗粒状污染物,揭示出我国现存颗粒物采样方法存在的问题,并对此问题进行探讨,指出下一步工作的方向。

低低温除尘器和海水脱硫可凝结颗粒物有机组分排放特征研究

可凝结颗粒物(CPM)排放可加重雾霾的形成,近期受到广泛关注。测试了2个煤种条件下,燃煤超低排放机组烟气系统沿程总CPM及有机CPM浓度,分析有机CPM中含量前10的有机组分占比。结果表明,针对煤种1和煤种2,烟囱入口处总CPM排放质量浓度分别为4.2和5.6 mg/m3,超低排放污染控制设施对CPM的总脱除效率分别为97.21%和98.18%;低低温电除尘(LLTESP)、海水脱硫(SWFGD)、湿式电除尘(WESP)对有机CPM平均脱除效率分别为71.82%、56.36%和76.61%;低低温电除尘对有机CPM中酯类、烃类和其他有机组分均有较好的脱除效果;海水脱硫对烃类脱除效果更好,而湿式电除尘对酯类有机物去除效果更优。

燃煤机组环保设备对可凝结颗粒物协同脱除效果的研究

可凝结颗粒物(CPM)在燃煤机组烟气排放的总颗粒物中有较大占比。为分析燃煤电站环保设备对CPM的脱除效果,对某超低排放燃煤机组现有低低温电除尘、海水脱硫和湿式电除尘环保设备进、出口的CPM进行了测试。结果表明:在机组300 MW高负荷和150 MW低负荷条件下,上述3个环保设备能够有效脱除CPM,总CPM整体脱除率分别为97.2%和97.6%,对应排放质量浓度分别为5.58 mg/m^(3)和5.55 mg/m^(3);干式电除尘和湿式电除尘对无机CPM的脱除效率大于对有机CPM的脱除效率;海水脱硫整体对CPM脱除作用显著,但会将海水中大量存在的Cl-离子和Na+离子带入烟气中形成一部分新的CPM,下游的湿式电除尘则能够将这些新生成的CPM脱除,最终保证了CPM的低浓度排放。

燃煤烟气中可凝结颗粒物测试方法评估

燃煤电厂总颗粒物(TPM)包含可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)。在滴管炉上使用静电低压撞击器(ELPI^(+))结合美国环保署202方法的改进方法来研究可凝结颗粒物的化学组成和粒径分布特征。结果发现可凝结颗粒物改进采样方法的结果达到美国环保署202方法结果的81%以上。可凝结颗粒物主要包含有机和无机两部分。其中有机组分由烷烃/烯烃,含氧有机物以及芳香烃三部分组成,无机组分中硫向可凝结颗粒物的迁移最为显著,造成无机中硫酸根的含量最高。对于可凝结颗粒物的粒径分布特征分析可以得出异相凝结对整个粒径段颗粒物都有影响,而均相凝结主要对细颗粒物有影响。可凝结颗粒物中汞浓度为2~4 ng/m³,主要形态是HgCl_(2)和HgBr_(2)。

燃煤电厂烟气中可凝结颗粒物测试研究进展与方法构建

当前我国燃煤电厂的SO_2、NO_x、颗粒物等常规污染物排放控制与监测水平有了极大提高,但对可凝结颗粒物的研究还比较薄弱,特别是对其所处的体系、概念、测试方法缺乏一致性意见;对国外测试标准应依据国内排放监测和控制研究的现实需要加以改进。从颗粒物排放清单完整性出发,总结了国外燃煤电厂可凝结颗粒物测试标准及国内水溶性离子测试研究进展;并依据与现有标准的衔接性、各类方法优缺点,对燃煤电厂烟气中可凝结颗粒物测试方法加以构建,以期为区域细颗粒物精细化来源解析和燃煤电厂高时空分辨率排放清单编制提供科学的监测数据支撑。

燃煤电厂可凝结颗粒物检测方法、排放特征及脱除技术研究进展

燃煤电厂排放的颗粒物分可过滤颗粒物(filterable particulate matter,FPM)和可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM)。过去,人们对CPM的关注较少,但其对环境与人体具有危害。本文综述了CPM的检测方法,主要有撞击冷凝法和稀释冷凝法,开发在线及小型便携设备是CPM检测技术的发展方向。分析了燃煤电厂CPM的排放特征,CPM占燃煤电厂排放总颗粒物的比重较高,经超低排放改造后,CPM占比进一步提升,各燃煤电厂排放的CPM的组分差异较大。根据CPM的特性,未来对CPM控制技术的研究方向为冷凝、吸附、湿式电除尘等。最后基于当前CPM的研究现状,建议国家相关部门制定对燃煤电厂等固定污染源排放的CPM的检测标准并对实施超低排放改造的燃煤电厂建立源排放清单,对新建、处于环境敏感地带以及排烟带有明显“有色烟羽”现象的燃煤电厂,合理管控其CPM的排放。

氨法脱硫后降温冷凝过程中可凝结颗粒物特性研究

为探究脱硫净烟气降温冷凝过程中可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM)的脱除特性,基于模拟氨法脱硫试验台,采用数值模拟方法探究了换热器内过饱和水汽环境的形成规律;利用氟塑料毛细管换热器对脱硫净烟气进行降温冷凝,促进净烟气中CPM相态转化、凝结长大与脱除;并利用美国EPA(U.S.Environmental Protection Agency,U.S.EPA)方法202对换热器前后烟气中CPM的质量浓度进行采样测试,考察了净烟气降温冷凝过程中CPM的脱除性能。结果表明,典型工况下冷凝式换热器内烟气温降及水汽饱和度随流程长度的增加而增加,换热器内部可建立满足CPM相态转化、凝结长大的过饱和水汽场;同时,采用离子色谱仪对冷凝式换热器进出口烟气中CPM离子浓度测试,CPM主要由无机组分构成,其中以SO_(4)^(2-)和NH_(4)^(+)为主;降温冷凝过程中形成的过饱和水汽环境对CPM的脱除具有一定的促进作用,CPM的排放浓度可由38.09mg/m^(3)降至26.34mg/m^(3),脱除效率达30.84%。烟气降温冷凝方法有利于促进氨法脱硫净烟气中CPM减排,为工程实际应用提供了一定的理论依据。

燃煤锅炉烟气可凝结颗粒物研究进展

可凝结颗粒物(CPM)是指在固定污染源排气中在采样位置处为气态、离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结为液态或固态的一类颗粒物。采取过滤-捕集-烘干称重的方式测定固定源的颗粒物浓度,无法对气态CPM进行有效捕集而逃脱监测,导致固定污染源排放清单不完善。为了减少固定污染源CPM的排放,并准确地评估固定污染源对大气环境的影响,国内外学者对CPM测试方法、排放特征及转化机理进行了研究,使得CPM逐渐成为研究热点。该文从CPM问题的由来、其测试方法问题及采样装置的改进等方面入手,总结多种固定污染源CPM的量级和成分谱,描述燃煤电厂CPM排放特征及转化机理,并指出当前研究存在的问题,明确下一步研究方向。

固定污染源排放可凝结颗粒物研究进展

可凝结颗粒物(CPM)在烟道环境下为气相,释放到大气环境中快速形成粒径<2.5μm的细颗粒物。长期以来,研究者对CPM的关注较少,固定污染源颗粒物的研究主要针对可过滤颗粒物(FPM)。许多国家未对CPM进行测试,导致了颗粒物排放水平的低估和排放清单的不完整。已有研究表明,大多固定污染源CPM的排放浓度不低于FPM,其对生态环境的影响不容忽视。但目前,人们对CPM的认知依然较少。针对此情况,在有限文献的基础上,本文从CPM的形成机理、测试方法、排放水平、理化特性和控制技术等方面对CPM研究现状进行了综述。CPM主要形成于“异相冷凝”和“均相成核”两种机理,测试方法主要有“冲击冷凝法”和“稀释冷凝法”。研究表明,CPM的排放受燃料含硫量、排烟温度、污染物控制设施及运行工况等影响,其中排烟温度影响最大。颗粒态CPM的形态为球形多孔表面结构。大多固定污染源排放的CPM主要成分为无机组分,其中主要金属元素为K、Na、Ca,主要水溶性离子为SO4^2-、NO3^-、Cl^-、NH4^+。CPM在常规颗粒物控制设施中的脱除效果差于FPM。目前,CPM的研究尚比较薄弱,未来CPM研究的重点应在测试方法的改进、不同固定污染源排放CPM的特性及CPM的控制等方面。

垃圾焚烧发电厂可凝结颗粒物组分特征研究

参考2017年美国环境保护署推荐的《固定源排放可凝结颗粒物监测方法:干冲击瓶法》(Method 202)和中国《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》(HJ 836—2017),对中国华北、华东地区3个垃圾焚烧发电厂(A、B和C)排放的可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)进行了测试。结果表明,A、B、C排放的总颗粒物(TPM)质量浓度分别为(28.93±9.40)、(31.20±11.74)、(25.43±7.95)mg/m^(3),其中CPM分别占TPM的97%、87%和98%。CPM以无机组分为主,主要水溶性离子为SO、NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)和Cl^(-)。三厂元素分析结果差别较大,与烟气治理设施运行水平和垃圾组分有关,但均含有较高浓度的Zn、Al、Fe、Ba、Mn、Cu和一定量的Hg。对各因子年排放总量的统计结果表明,若不包括固定源排放的CPM,各地大气污染源排放清单中颗粒物排放量大大偏低,且CPM中重金属年排放总量不容忽视。