摘要：為了解超低排放改造后燃煤電廠大氣污染物排放特征，對廣東省某“超低排放”電廠燃煤機組開展廢氣污染物排放監(jiān)測，分析樣品得出各廢氣污染物排放濃度和顆?；瘜W組分。結果表明，經(jīng)超低排放改造后，常規(guī)大氣污染物濃度總體較低，滿足廢氣達標排放要求；可凝結顆粒物（CPM） 濃度高于可過濾顆粒物（FPM） 濃度，占總顆粒物（TPM） 濃度的92%；廢氣中水溶性離子主要有SO32-、SO42-、NO3-、Cl- 等酸根陰離子和NH4+、Ca2+ 等陽離子，金屬元素主要有Al、Mg、Fe、Zn 等。

關鍵詞：超低排放改造；燃煤電廠；可凝結顆粒物；水溶性離子

基金項目：廣東省省級科技計劃項目（No.2019B0208006）

煤炭是我國的主體能源，發(fā)電用煤占到煤炭消費的50% 左右，且我國以煤為主的能源結構短期難以根本改變，電煤比重還在繼續(xù)提高[1]，因此降低燃煤電廠污染物排放意義重大。2014 年，我國發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014—2020 年）》（簡稱《行動計劃》），將顆粒物、SO2 和NOx 質量排放濃度限值設為10 mg/m3、35 mg/m3 和50 mg/m3。但由于國內(nèi)目前對煤電行業(yè)“超低排放”實現(xiàn)技術的研究較多，對煤電節(jié)能減排升級與改造后污染物排放特征的研究較少，因此需依托《行動計劃》開展燃煤電廠燃煤機組廢氣中SO2、NOx、CO、NH3 和顆粒物等污染物排放監(jiān)測研究，將顆粒物分為FPM 和CPM 討論，分析廢氣中水溶性離子和金屬元素分布情況，為燃煤電廠進一步減污降碳提供數(shù)據(jù)支撐。

在煙道環(huán)境下顆粒物中的FPM 可用濾筒或濾膜捕集，而顆粒物中的氣相CPM 則可直接離開煙道環(huán)境進入空氣冷卻、稀釋，然后冷凝或反應生成液態(tài)或固態(tài)顆粒物[2]，因此長期以來顆粒物減排主要以研究FPM 排放為主，對CPM 排放的研究較為匱乏。CPM 粒徑一般在1～2μm，顆粒表面多孔[3]，易吸附重金屬、有機污染物等有毒污染物，且傳送距離遠，能明顯影響能見度，是霧霾的主要成因。由于捕集難度大，因而世界上的許多國家都未將CPM 納入排放清單[4][5]，導致總顆粒物排放水平被低估。如，我國現(xiàn)行的《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157-1996），采用“過濾- 捕集- 烘干稱重法”對顆粒物測定也是僅針對FPM 的采樣與測定，對CPM 排放卻沒有監(jiān)管和控制。因此，為使總顆粒物排放評估與測定更加精確，對顆粒物中的CPM 排放、組成特性開展研究十分必要。

1 機組概況

以廣東省2017 年完成超低排放改造的某“超低排放”電廠2# 機組為監(jiān)測對象，以煙煤和煤矸石作為燃料，采用低氮燃燒技術，煙氣經(jīng)脫硝還原劑為尿素的SNCR-SCR 聯(lián)合脫硝設施、電袋復合式除塵器、單塔雙循環(huán)石灰石- 石膏濕法脫硫設施、濕式靜電除塵器處理后排出。

2 采樣與分析方法

SO2、NOx、CO 采用非分散紅外吸收法，使用MRU-MGA6 便攜式紅外煙氣分析儀；NH3 采用納氏試劑分光光度法；FPM、CPM采用沖擊冷凝法采樣，使用APEX XC-5000顆粒物（煙塵）采樣系統(tǒng)；陰陽離子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-、SO32-、SO42-、Li+、Na+、NH4+、K+、Ca 2+、Mg2+）采用離子色譜法，使用賽默飛DIONEX ICS-1100 離子色譜儀和萬通930 Compact IC Flex 離子色譜儀； 金屬元素（Be、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Ag、Sn、Cd、Sb、Ba、Hg、Pb、Bi）采用電感耦合等離子體質譜法，使用安捷倫7800 ICP-MS。

3 質量控制與保證

采取系列質量控制與保證措施，確保監(jiān)測結果可靠。顆粒物采樣前用去離子水清洗采樣系統(tǒng)，采樣前后檢查系統(tǒng)氣密性，檢查校準采樣流量；檢漏、校準氣態(tài)污染物現(xiàn)場監(jiān)測儀器；錫箔紙包好濾筒和石英濾膜用馬弗爐500 ℃烘烤4 h 后使用，每類至少采集2 個樣品取均值，加采全程序空白。做不少于10% 實驗室空白、10% 平行樣分析，以及質控樣分析。

4 結果分析與討論

4.1 污染物排放濃度

對廢氣污染物進行2 d 連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測頻率為3 次/d，監(jiān)測時間為1 h/ 次。監(jiān)測結果顯示，F(xiàn)PM、SO2、NOx、CO、NH3 平均濃度分別為1.377 mg/m3、20 mg/m3、3 mg/m3、58 mg/m3、0.41mg/m3，符合超低排放標準。通過監(jiān)測結果比較FPM 與CPM，發(fā)現(xiàn)FPM 有機、FPM 無機、CPM 有機、CPM 無機平均濃度分別為0.077 mg/m3、1.3 mg/m3、2.8 mg/m3、13 mg/m3，CPM 濃度約為FPM 濃度的11 倍，CPM 有機+ 無機濃度在總顆粒物濃度中占比達92%，如圖1 所示。

4.2 廢氣化學組分

CPM 和FPM 均主要由無機成分組成，且水溶性離子又是無機成分重要組成部分，因而其也是產(chǎn)生PM2.5 乃至霧霾天氣的主要污染物質，不容忽視。同時，水溶性離子因其具有水溶性，會增加某些有毒物質的溶解性，增大其對人體健康的危害[6]。對濾筒、濾膜和冷凝水進行成分分析，將水溶性離子換算成氣態(tài)濃度，結果如表1 所示。

如圖2 所示，發(fā)電機組鍋爐廢氣中大部分水溶性離子存在于CPM，主要有SO32-、SO42-、NO3-、Cl- 等酸根陰離子，且濃度分別為3.025 mg/m3、2.18 mg/m3、0.033 mg/m3、0.055 mg/m3， 因此推測CPM 無機的主要生成方式為酸霧冷凝。其中，SO42- 主要源于SO2， 由于SO2 溶于水蒸氣會形成SO32-，且部分被釋放到大氣中的SO32- 又會在大氣中發(fā)生二次反應轉化為SO42-，因此導致發(fā)電機組鍋爐廢氣中水溶性離子SO42- 增多；NO3- 來源于煙氣中的HNO3 或HNO2 氣體；Cl- 來源于煤燃燒成的HCl 氣體[7]。陽離子中NH4+、Ca2+ 的濃度較高，濃度分別為0.241mg/m3、0.148 mg/m3，其中NH4+ 源于煙氣脫硝逃逸氨，Ca2+ 由石灰石- 石膏濕法脫硫漿液帶出。

煤燃燒后，重金屬元素吸附于顆粒物或以氣態(tài)形式排出。由于重金屬元素化學性質穩(wěn)定，較低濃度下仍具有很大毒性，不僅難以降解，還容易在生物體內(nèi)富集、轉化為毒性更大的金屬化合物，因而煤燃燒后產(chǎn)生的廢氣中攜帶的重金屬元素對環(huán)境的影響不容忽視[8]。對濾筒、濾膜和冷凝水進行成分分析，將金屬元素換算成氣態(tài)濃度，結果如表2所示。

如圖3 所示，燃煤發(fā)電機組鍋爐廢氣中金屬元素濃度較低，主要有Al、Mg、Fe、Zn等，濃度分別為23.88μg/m3、37.75μg/m3、7.89μg/m3、4.91μg/m3。其中，Al 和Fe 濃度高可能源于Al 和Fe 含量高的煤種，Mg 主要來源于脫硫漿液，Zn 由于沸點低燃燒過程中容易以氣態(tài)形式排放或分流至灰分中。

5 結束語

綜上所述，超低排放改造后廣東省某“超低排放”電廠的常規(guī)大氣污染物濃度總體較低，遠低于廢氣達標排放要求，F(xiàn)PM、SO2、NOx、CO、NH3 平均排放濃度分別為1.377 mg/m3、20 mg/m3、3 mg/m3、58 mg/m3、0.41mg/m3。但廢氣中的CPM 濃度達15.8 mg/m3， 在總顆粒物濃度中占比達92%。由于目前GB/T16157-1996 僅對FPM 進行測算管控，因此建議通過控制CPM 排放進一步推進顆粒物減排。此外，監(jiān)測結果顯示，燃煤發(fā)電機組鍋爐廢氣中水溶性離子主要有SO32-、SO42-、NO3-、Cl- 等酸根陰離子和NH4+、Ca2+ 等陽離子；廢氣中金屬元素主要有Al、Mg、Fe、Zn等，但濃度較低。

參考文獻

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作者簡介

劉雷璐（1994—），女，漢族，湖北孝感人，助理工程師，碩士，主要研究方向為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-11-04