燃烧源排放的颗粒物是城市大气颗粒物的重要来源, 其对细粒子的贡献尤为显著.燃烧源排放的颗粒物对大气颗粒物的贡献有两类, 即直接排出的一次颗粒物和以气态形式如 SO2 、NOx和 VOC等排放到大气中, 通过复杂的大气物理化学过程生成的二次颗粒物.一次颗粒物又可分为直接以固态形式排出的一次固态颗粒物和在烟气温度状态下以气态形式排出、在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次凝结颗粒物(Corioetal., 2000;Englandetal., 2000;Changetal., 2004).准确测量燃烧源一次颗粒物的排放, 对于了解污染源对大气颗粒物的贡献, 制定污染控制措施和排放标准十分重要.根据美国固定燃烧源颗粒物采样方法, 从燃烧源排放的颗粒物可分为过滤颗粒物和凝结颗粒物;前者指的是在采样温度下被过滤介质捕集的颗粒物, 后者则是指穿透过滤介质后被随后的冲击罐中低温溶液捕集的物质;两者分别近似对应于燃烧源排放的一次固态颗粒物和一次凝结颗粒物.常规的颗粒物采样方法只适用于过滤颗粒物的捕集, 例如:美国 EPAMethod17(颗粒物采样)、Method201A(PM10采样)和我国国家标准法.美国 EPAMethod202用于测定固定源凝结颗粒物, 该方法和 EPAMethod17或 Method201A联用可同时捕集过滤颗粒物和凝结颗粒物, 该方法中经过过滤介质捕集颗粒物后的气体以鼓泡方式穿过冲击罐中的水, 硫酸雾、半挥发性有机物等排放到大气会发生冷凝的物质被捕集于水中;同时, 一些排放到大气中不会冷凝的气体如 SO2等也会溶解于水中并转化为硫酸盐, 造成正偏差, 也就是说该方法 GB/过高估计了燃烧源排放的一次凝结颗粒物 (CorioT16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方20世纪八、九十年代美国研究者发展起来的稀释采样法可以较好地用于测量燃烧源一次颗粒物的排放(Hidemannetal., 1989).该方法将高温烟气在稀释通道用洁静空气进行稀释和冷却至大气环境温度, 稀释冷却后的采样气体进入烟气驻留室, 停留一段时间后颗粒物被捕集, 模拟烟气排放到大气中的稀释、冷却、凝结等过程, 捕集的颗粒物可近似认为是燃烧源排放的一次颗粒物(包括一次固态颗粒物和一次凝结颗粒物).由于高温烟气稀释冷却至大气环境温度, 许多在烟气条件下不能采用的过滤材料(如 Telfon等)也可采用, 可应用大气颗粒物的采样方法对颗粒物的化学组成进行全方位的分析, 也适应于大气条件的在线颗粒物测量仪器, 采用该方法得到的源特征谱的数据适应于大气颗粒物的源解析研究, 越来越多的学者采用该方法目前, 国内只有少数几家单位研制开发了稀释采样系统 (白志鹏等, 2003;周楠等, 2006;刘红杰等, 2005), 应用该系统研究并公开报道的固定燃烧源颗粒物的排放特征的文献甚少.南开大学采用该系统测试了燃煤锅炉颗粒物的排放 (Geetal., 2001), 北京大学将其应用于燃煤、燃油锅炉及生物质燃烧颗粒物排放特征研究(周楠等, 2006;祝斌等, 2005).鉴于稀释采样系统已成为研究燃烧源颗粒物排放特征的一个重要手段, 为现场调查我国燃烟气进气部分由大颗粒切割器、采样管组成,在采样管后面接有聚四氟乙烯软管, 在采样管和软管外部敷设加热保温套.大颗粒切割器其作用是切割掉大颗粒(粒径大于 10μm), 避免大颗粒沉积以致堵塞管路, 其进口设有采样嘴, 可根据烟气流速选取适当的采样嘴, 实现等速采样;加热保温套使采样管、聚四氟乙烯软管的温度略高于烟道内烟气温度, 防止颗粒热泳沉积及冷凝发生;聚四氟乙烯软管可方便现场连接及实现对烟道的多点采样, 同时, 避免污染采样气体.一级稀释系统由压缩空气供气系统、一级稀释器、气体流量计Ⅰ 、调节阀Ⅱ组成.压缩空气系统设在喷射型稀释器的进口端, 该压缩空气系统依次包括空压机、调节阀Ⅰ 、空气净化器和压力表.为保证压缩空气的洁净, 空压机采用无油型;空气净化器由四级过滤器组成, 依次为粗过滤器、活性炭床、干燥器和高效过滤器, 确保进入稀释系统的稀释气体无有机物、无尘、干燥, 不对测量结果产生影响.一级稀释器采用芬兰 Dekati公司的喷射型稀释器, 其工作原理如下:压缩空气通过环形喷射孔进入稀释器内腔, 环形喷射孔与烟气进口的喷嘴相连接;压缩空气高速通过环形喷射孔时在喷嘴处产生负压,诱导烟道内烟气从进气部分通过喷嘴进入稀释器内腔, 烟气和稀释气体在环形喷射孔处混合, 进一步在稀释器内腔充分混合;在压缩空气压力为0.2MPa时, 第一级稀释器能提供约 10倍的稀释比,在整个采样过程中, 稀释比稳定 (Ahlviketal., 1998).一级稀释器出口有两个, 一为采样气出口,一为多余气体出口, 通过在多余气体出口设置调节阀Ⅱ , 调节采样气出口气量, 即进入第二级稀释器的采样气量, 气量可在 10 ～ 50 L·min-1范围调节.蜗街流量计Ⅰ用于测量一级稀释器采样气出口气量.二级稀释系统由二级稀释器、稀释空气供气系统、气体流量计Ⅱ组成.稀释器采用多孔喷射型结构, 稀释气体通过多个喷孔喷射进入稀释器内腔,和从一级稀释器采样气出口来的气体在腔内进一步稀释、混合.稀释空气供气系统包括稀释空气泵、调节阀Ⅲ 、空气净化器、压力表, 提供洁净的稀释空气.空气泵为美国 Gast公司的无油活塞泵;空气净化器采用同一级稀释系统类似结构.蜗街流量计Ⅱ 用于测量进入二级稀释器的稀释气量.根据需要,通过调节稀释气量和一级稀释器采样气出口气量,二级稀释系统可提供 1 ～ 10倍的稀释比.这样一级、二级稀释系统可实现 10 ～ 100倍的稀释比, 足以将高温烟气稀释冷却到接近大气环境条件.停留室的作用是为稀释后的烟气提供一段停留时间后才被采集, 模拟烟气排放到大气中的成核、冷凝、凝聚等过程.在进气量 100 L·min-1条件下, 停留室可提供 80秒的停留时间, 可满足同时进行不同粒径、化学物种和特定有机物的采样要求,这样, 由于进气量相对国外的设计有大幅度的减少, 在满足同样的停留时间条件下, 停留室的体积大大降低.停留室侧部装有压力表、测温计、湿度计, 用于测量停留室内的压力、温度和湿度.在停留室下部均匀开设多个采样孔和压力平衡孔, 由于稀释后的采样气体以压入进气方式进入停留室, 进入停留室的气体呈微正压, 未被采集的多余气体可从压力平衡孔自动排出, 保持停留室压力平衡和整个采样系统的稳定.采样部分与停留室下部的采样孔相连, 由切割器、采样膜(包括膜托)、调节阀 Ⅳ、转子流量计、采样泵组成.烟气已被稀释至大气环境温度, 可按照大气环境颗粒物的采样方法采集颗粒物样品进行物理化学分析, 可根据要求选配不同粒径的切割器(如 PM10 、PM2.5等)进行分粒径颗粒物的采集, 采用不同的采样膜(如 Teflon膜、石英膜等)进行称重、元素、离子、有机碳(OC)、元素碳(EC)和特定有机物(如多环芳烃)的分析;还可与在线颗粒物测量仪器(如 SMPS、ELPI、TOEM等)联用.