固定源稀釋采樣出現PM2.5倒掛情況的分析

【資料簡介】

               固定源稀釋采樣出現PM2.5倒掛情況的分析
                     （正大環保 宋偉）
  背景：我國是燃煤大國，目前我國二氧化硫排放量已居世界*位，其中50%以上二氧化硫是燃煤電廠排放的。所以，控制二氧化硫排放是重中之重。煙氣脫硫是目前上廣泛采用的控制二氧化硫的成熟技術，其中半干法煙氣脫硫工藝在電廠煙氣脫硫裝置中占到20%～30%。該工藝的核心是將燃煤煙氣絕熱增濕，以促進氫氧化鈣與二氧化硫反應的進行。其衡量指標之一為煙氣相對濕度。煙氣濕度大,煙氣脫硫效果好，所以我國燃煤電廠或者其他燃煤固定污染源的排放特點就是：濕度大、腐蝕性強。
  2013年以來，霧霾的影響范圍已波及中國大部分省市，京津冀三地的霧霾指數更是屢次爆表，危害著人們的健康。如何有效治理霧霾成為百姓和政府都非常關心的事。“大氣顆粒物解析可以找到罪魁禍首，為大氣顆粒物污染防治指明方向，使我們明白該對哪種源采取措施。而針對不同地區的不同顆粒物構成，這些措施也應有所區別。”國家環境保護城市環境顆粒物污染防治重點實驗室主任、南開大學環境科學與工程學院教授馮銀廠說。同時，針對不同的污染源采取不同的采樣方法，也成了一個關鍵性問題。
  稀釋采樣法：在20世紀80~90年代美國的研究者開發了煙氣稀釋通道采樣方法。20世紀80年代中期以前稀釋采樣方法關注于燃燒源排放顆粒物的質量濃度，而后考慮到顆粒物的健康效應，才關注燃燒源排放顆粒物的粒徑和化學組成。隨著環境空氣顆粒物來源解析研究興起，為構建更加真實的固定源排放顆粒物源譜，愈來愈多的科學家采用稀釋通道采樣方法采集固定源顆粒物樣品。
  稀釋采樣方法的主要裝置稱為稀釋通道，是該方法zui關鍵的部分。稀釋通道主要的參數包括稀釋比、停留時間和混合段雷諾數。稀釋通道原理相對簡單。各國學者根據需要設計了各種各樣的稀釋通道，如正壓稀釋、負壓稀釋。為了保證煙氣與稀釋氣充分混合，稀釋通道多采用湍流混合方式。稀釋過程是揮發和半揮發物質與顆粒物以及顆粒物與顆粒物相互作用的動力學過程，包括成核、凝結和聚并，須有足夠的停留時間才能保證顆粒物粒徑分布達到穩定。
  目前國內尚無關于固定源稀釋通道采樣方法的標準方法。國外標準化組織（ISO）、美國EPA經過多年的探索，以England設計的便攜式稀釋通道為原型提出的（如下圖所示），提出了稀釋采樣法的標準，分別為ISO25597:2013、EPA Method CTM-039。
  其中ISO方法利用PM2.5-PM10兩級旋風采樣器去除煙氣中空氣動力學直徑大于2.5 μm的顆粒物，然后稀釋冷凝之后用一個旋風采樣器去除空氣動力學直徑大于2.5 μm的顆粒物，然后用濾膜采集zui后稱重。該標準詳細地規定了稀釋通道的參數稀釋比應大于等于20:1，停留時間應不小于，10 s，稀釋后濾膜處的溫度小于等于42 ℃，相對濕度小于70 %。
  行業共性問題：針對國內目前采用稀釋通道采樣過程中PM2.5倒掛的情況綜合分析有以下幾點：
    （前提：撞擊式切割器/旋風式切割器通道流量在采樣過程中運行穩定，氣密性良好，除此之外分析如下）
1、我國燃煤鍋爐多采用半干法脫硫工藝，煙道內部水汽大，含濕量高；
2、稀釋采樣技術需要模擬真實的自然環境，需要進行自然冷卻，故采樣過程管路冷凝水多；
3、目前我國大部分燃煤鍋爐普遍實行超低排放標準，達到采樣分析量需要采樣時間長，加之高含濕量的環境下大顆粒損失量比較大；
4、基于我國國情，測試單位配合問題，現場很難按照ISO：25597:2013標準參數設定執行；
5、高含濕量情況下，有可能采集不到樣品；
  綜述：基于我國與國外固定源特點情況不一樣的特點，針對高含濕量的鍋爐，其解決辦法是如何更好地控制采樣過程中煙道內部水蒸氣和高溫冷凝后的冷凝水，這也是稀釋采樣技術中普遍遇到的一個共性問題，該問題我司已經實施具體的方案，后期將會提供更好的服務與解決辦法。