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北京某燃煤电厂颗粒物的排放特征与环境影响研究_赵柯

我国电力耗煤情国内研究现状粒物粒径分布特征研究现状鉴于大气颗粒物对环境、气候和人体健康等方面的重要影响,近些年,国内外学者对大气颗粒物的污染现状、粒径分布特征、来源、影响因素和排放控制等问题进行了深入
下载次数:473 浏览次数:710发布时间:2018-05-12 16:14
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颗粒物是一种重要的大气污染物⑴,其大小、形态、组成与大气环境质量和人体健康密切相关。大气中的颗粒物可以根据空气动力学当量直径的大小不同分为总悬浮颗粒物(,和可吸入颗粒物(,。其中将粒径范围为的可吸入颗粒物称为粗颗粒物(,粒径小于的可吸入颗粒物称为细颗粒物(。随着现代工业的快速发展和城市化进程的加快,煤炭、石油等燃料在生产生活过程中的大量燃烧,使得我国城市大气环境呈现出高浓度的颗粒物污染,其中可吸入颗粒物(已成为我国省会城市大气的首要污染物。目前,美国等发达国家已对环境空气中的质量浓度标准做了相关规定⑷,我国于年制定的空气质量标准(中也将和列入规范,但并没有列入监测指标(表。年最新修订的《环境空气质量标准》已对的年均浓度限值和小时浓度限值做了新的规定。近几年来由于我国环保标准的提高和污染控制的加强,环境污染的状况有所改善但在开展监测工作的城市中仍然有约城市的空气质量尚达不到国家二级标准,城市空气中可吸入颗粒物(的浓度依然维持在较高水平,我国城市大气颗粒物污染态势依然很严峻。在经济高度发达地区(如津冀、长三角和珠三角等区域经济圈),伴随着重污染天气、光化学烟雾、灰霾现象的频繁发生,呈现出显著的区域性、复合型污染特征。据广州、武汉、兰州、重庆城市的监测结果显示:大气中的年日均值在,是美国标准的倍,可见我国细颗粒物(污染问题已十分突出,其中起主导作用的区域性灰霾现象日趋严重,加之可以吸附大量的有机污染物(多环芳经类化合物等)和有毒金属(、、、等,并通过呼吸滞留在人体内,对我国城市环境质量和公众健康构成巨大威胁。鉴于大气颗粒物的物理化学特性及区域性污染特征,其作为大气污染的重要污染物而受到研究者的重视。燃煤排放对大气颗粒物污染的贡献大气颗粒物的来源可以分为自然源和人为源。其中,人为源是大气颗粒物的主要来源,主要包括燃料燃烧产生的烟粉尘、炼钢、制铁、水泥生产、有色金属冶炼等工业生产过程排放的颗粒物等【】。有研究报道,全球大气颗粒物排放中自然源和人为源排放的比例分别为和【。近几十年来,着工业和城市的快速发展,人类生产活动越来越频繁,城市大气颗粒物的排放中人为源排放所占比例逐年增加。张强】等运用模型对年全国主要人为源排放的大气颗粒物数量进行了估算,表示工业工艺源和燃煤源是最主要的颗粒物排放源,占颗粒物排放量的一半以上(表。其中,细颗粒在颗粒物排放总量中占据着重要的地位,分别占排放总量的和排放总量的。燃料燃烧可向大气中排放大量的颗粒物,有研究表明大气总悬浮颗粒物排放量的来自于燃煤。这些颗粒物中的一部分是煤燃烧过程中直接以固态形式排放的一次颗粒物,主要是燃烧过程中的副产品和未燃尽物;而其他部分则是由煤燃烧释放的气态有机物、、和在大气中经过气粒转化形成的二次颗粒物。等估算了年和年我国可吸入颗粒物的排放总量为万吨年和万吨年,分别占全球排放总量的和。若以燃煤对颗粒物排放的贡献率为为依据,则我国燃煤排放的可吸入颗粒物总量在年和年分别为万吨年和万吨年。一些学者对我国各大城市大气颗粒物的污染来源进行了调查研究,研究显示,煤炭燃烧和工业生产产生排放的颗粒物占城市大气颗粒物的绝大部分。郝吉明等估算了北京市能源相关污染源对的贡献率,对于,工业生产是扬尘源之外的最大的排放(和浓度贡献源(。其中燃煤对大气中和的直接贡献率分别为和。崔明明】等运用主因子分析法对广州地区的进行了来源解析,表明广州地区大气来源包括燃煤、燃油排放、冶金化工、电子加工、交通扬尘和生物质燃烧等人为排放,具有显著的多源性,其中燃煤源排放的贡献为。王淑兰等在其研究中指出,年成都市的大气来源中,民用燃煤和工业燃煤是最大的贡献源,虽然经过近年的能源结构和产业结构调整,燃煤源排放有所减少,对大气的贡献仍然达到。综上可知,不同城市和地区的大气颗粒物来源及贡献因经济发展水平、能源结构、工艺技术和管理水平的不同而存在较大的差异,但总体上煤炭燃烧对城市大气颗粒物污染的贡献非常大,因此针对燃煤颗粒物排放的研究对我国大气颗粒物污染的防治具有重要的意义。我国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,燃煤消耗量占总能源消耗的左右,,在未来整个能源消耗过程中煤炭仍将发挥不可替代的作用。在我国,煤炭是电力行业的主要来源,自年以来用以火力发电的耗煤一直占煤炭总消耗量的左右图以燃煤火电机组为主的电力供应模式在长间内仍不会改变。截止到年,全国燃煤机组装机容量达到,总装机容量的左右,且我国的燃煤机组装机容量仍将大幅增加,全国规划燃煤火电机组开工规模在“十二五”期间达到亿千瓦,到年,全国火电装机容量将达到左右,电力耗煤将达到亿吨。由于煤中富含由、、、、等主量元素组成的有机化合物和种类繁多的矿物质,包括各种碳酸盐、硫酸盐、桂酸盐、硫酸亚铁和金属硫化物等。所以,煤粉在电厂锅炉燃烧过程中会产生大量的灰渔、烟尘、、和痕量重金属等多种有毒、有害污染物,造成严重的大气污染。据统计,全国的烟尘排放量,的排放量,的和的均来自于煤燃烧。目前我国燃煤电厂的污染控制措施普遍釆用静电除尘器(和湿式脱硫其中静电除尘器对大粒径颗粒物的捕集效率可达,但却不能有效地捕集细颗粒,导致我国大气污染呈现以、等细微颗粒为主的烟型大气污染特征。统计资料显示,年全国燃煤电厂排放的大气颗粒总量占工业排放的,已然成为最大的燃煤污染源,全国功率大于的燃煤电厂机组大气颗粒物排放总量达到,占总排放量的。易江等的研究证实,燃煤电厂排放的颗粒物约占我国排放颗粒物总量的约占燃煤排放颗粒物总量的。由此可见,我国燃煤电厂排放对大气颗粒物污染的影响是不容忽视的。成都理工大学硕士学位论文综上所述,目前深入研究燃煤电厂大气颗粒物的排放特性、化学组分分布已迫在眉睫,以实现最终污染排放的有效控制,同时研究燃煤电厂大气颗粒物排放对区域的环境影响有助于了解其污染扩散规律,对改善气环境质量至关重要。一图。。。。士力炭『。!年图年我国电力耗煤情国内研究现状粒物粒径分布特征研究现状鉴于大气颗粒物对环境、气候和人体健康等方面的重要影响,近些年,国内外学者对大气颗粒物的污染现状、粒径分布特征、来源、影响因素和排放控制等问题进行了深入的调查和研究,但主要集中于对城市环境空气中、的研究上。研究显示,城市空气中可吸入颗粒物以细颗粒(占主要组成部分。从我国北京、广州、武汉、重庆和兰州等多个城市的研究来看,占的比例达到。丛俊等利用对南京城区大气可吸入颗粒物进行了测试研究,同样指出南京地区可吸入颗粒物主要以细颗粒(为主,粒径在的颗粒物质量浓度占可吸入颗粒物(的。环境空气中可吸入颗粒物浓度分布、来源解析及影响因素研究上,崔明明等采集了广州市区及周边地区大气中的可吸入颗粒物(样品,对的化学组分特征以及气象条件对主要污染物的影响进行研究,并采用主成分因子法的来源进行解析。研究期间广州地区大气的平均浓度为,污染较严重,并呈现一定的区域性分布特征。来源解析结果表明:研究区域的大气具有显著的多源性,包括地面扬尘、机动车尾气、工业生产、煤炭和生物质燃烧等多种人为排放。王京丽】等对北京市大气细颗粒(在年中个季节的采样监测结果进行分析得出,北京市细颗粒质量浓度的年平均值倍于美国国家标准,表明北京市大气的污染已经达到比严重的程度。研究还发现,质量浓度具有明显的日变化和季节变化规律。北京市大气中细颗粒质量浓度在四季中以夏季时最大,日变化特征上表现为夜晚大、白天小,与天气特征和气象条件有着密切的关系。此外,对于燃煤电厂产生的颗粒物国外学者进行了一定的研究。燃煤锅炉产生的颗粒物具有很宽的粒径范围,所测颗粒物一般集中于和的粒径范围之间,经过除尘设备后,大部分颗粒粒径小于,如出口颗粒物粒径一般为左右。等使用测量了五个燃煤电厂除尘器前后颗粒物的质量数谱分布,测量粒径范围为结果表明除尘器前、后烟气中颗粒物都呈明显的双峰分布,峰值分别在和。厘丨用测试了燃煤电厂电除尘器后烟气中颗粒物的粒径分布特征,也表明细颗粒峰值区分别在和处,电除尘器后颗粒物的排放浓度为,较低的排放浓度是因为在电除尘后安装有袋式除尘器所致。虽然只占颗粒物总质量的约,但占总粒子数的,可见细颗粒质量浓度虽低,随着粒子数目的剧增,总比表面积也急剧增加,使得在被呼吸系统吸附时对人体的危害更甚。我国对燃煤电厂颗粒物排放的研究起步较晚,大都通过将燃煤电厂颗粒物进行粒径分级,研究不同粒径颗粒物的物理化学特性。直到最近几年,随着燃煤电厂颗粒物污染的日益严重及排放标准的提高,该领域的研究逐渐引起了研究者的重视。黄伟等对燃煤电厂除尘器前、后排放的颗粒物进行现场采样测试,研究了除尘前、后和的粒径分布特征,并在此基础上计算获得了除尘器对颗粒物的分级脱除效率。总体上,电除尘器除尘效率与颗粒粒径大小密切相关,颗粒粒径越大电除尘效率也越高。对以上的颗粒物电除尘效率可达以上,而对电除尘效率则在左右。薄以匀对北京市燃煤电厂锅炉排放的颗粒物经过电场静电除尘器脱除后的分级除尘效率进行了研究。研究结果同样证实了静电除尘器对的脱除效率为,对的脱除效率为,对的脱除效率为。静电除尘器对各级粒径的颗粒物均有较高的去除效率,但仍然呈现出粒径越小,效率相对偏低的趋势,可见电厂锅炉经过电除尘器净化。

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