燃煤電廠可凝結(jié)顆粒物檢測(cè)方法、排放特征及脫除技術(shù)研究進(jìn)展

燃煤電廠可凝結(jié)顆粒物檢測(cè)方法、排放特征及脫除技術(shù)研究進(jìn)展1

摘要：燃煤電廠排放的顆粒物分可過濾顆粒物（Filterable Particulate Matter，F(xiàn)PM）和可凝結(jié)顆粒物（Condensable Particulate Matter，CPM）。過去，人們對(duì) CPM 的關(guān)注較少，但其對(duì)環(huán)境與人體具有危害。本文綜述了 CPM 的檢測(cè)方法，主要有撞擊冷凝法和稀釋冷凝法，開發(fā)在線及小型便攜設(shè)備，是 CPM 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。分析了燃煤電廠 CPM 的排放特征，CPM 占燃煤電廠排放的總顆粒物的比重較高，經(jīng)超低排放改造后，CPM 占比進(jìn)一步提升，各燃煤電廠排放的 CPM 的組分差異較大。根據(jù) CPM 的特性，未來對(duì) CPM 控制技術(shù)的研究方向?yàn)椋豪淠?、吸附、濕式電除塵等。最后基于當(dāng)前 CPM 的研究現(xiàn)狀，建議國(guó)家相關(guān)部門制定對(duì)燃煤電廠等固定污染源排放的 CPM 的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)實(shí)施超低排放改造的燃煤電廠建立源排放清單，對(duì)新建、處于環(huán)境敏感地帶以及排煙帶有明顯“有色煙羽”現(xiàn)象的燃煤電廠，合理管控其 CPM 的排放。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠；可凝結(jié)顆粒物；可過濾顆粒物；排放濃度；細(xì)顆粒污染物控制中圖分類號(hào)：TM621；X513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research progress of detection methods, emission natures and removal technologies of condensable particulate matter from coal-fired power plants

YU Yang 1, ZHOU Xin 1, CHENG Junfeng 1, DONG Changqing 2, WANG Yushan1, LIU Yinghua1

(1 Beijing SPC Environment Protection Tech Co., Ltd., Beijing 100036, China; 2 School of New Energy, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Abstract: PParticulate matter emitted from coal-fired power plants can be divided into filterable particulate matter (FPM) and condensable particulate matter (CPM). In the past, people paid little attention to CPM, but it is harmful to the environment and human body. In this paper, the detection methods of CPM were reviewed. The main methods are impingement condensation and dilution condensation. The development of on-line and small portable equipment is the development direction of CPM detection technology. The emission characteristics of CPM from coal-fired power plants were analyzed. CPM accounted for a high proportion of total particulate matter emissions from coal-fired power plants, and the proportion of CPM was further increased after ultra-low emission transformation, the composition of CPM emissions from coal-fired power plants varied greatly. According to the

characteristics of CPM, the future research directions of CPM control technology are condensation, adsorption, wet electrostatic precipitation technology and so on. Finally, based on the current research status of CPM, it is suggested that the relevant departments of the state should formulate the detection standards of CPM emitted from fixed pollution sources such as coal-fired power plants, establish source emission inventory for coal-fired power plants with ultra-low emission transformation, and reasonably control the CPM emissions of newly built coal-fired power plants, those located in environmentally sensitive areas, and those with obvious colored plume.

Keywords: coal-fired power plants; condensable particulate matter; filterable particulate matter ，

emissionconcentration; fine particulate pollutant control

煤電是近年來全國(guó)大氣污染治理的主要行業(yè)^{[1, 2]}。2014 年 9 月，國(guó)家發(fā)改委、原環(huán)境保護(hù)部、能源局發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020 年）》，提出“超低排放改造”要求，以期盡可能多地減少燃煤電廠排放的大氣污染物。中國(guó)“富煤少氣”的能源格局，決定了燃煤電廠將長(zhǎng)期占據(jù)中國(guó)火電領(lǐng)域的主導(dǎo)地位^[3]。因此，削減燃煤電廠排放的污染物對(duì)環(huán)境保護(hù)意義重大。截至 2019 年，全國(guó)完成燃煤電廠超低排放改造累計(jì)達(dá) 8.9 億千瓦，占煤電總裝機(jī)容量的 86%，建成了世界上最大的清潔煤電體系^[4]。

顆粒物是燃煤電廠排放的一類主要污染物，會(huì)顯著影響環(huán)境質(zhì)量^{[5, 6]}。超低排放改造的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)是煙塵，經(jīng)超低排放改造后，大部分燃煤電廠對(duì)煙塵的減排效果明顯^[7]。我們通常認(rèn)為燃煤電廠排放的煙塵即為其排放的顆粒物，然而嚴(yán)格意義來講，煙塵只是燃煤電廠排出的可過濾顆粒物（Filterable Particulate Matter，F(xiàn)PM）中的一部分，此外，燃煤電廠還排放了很重要的一類顆粒物，為可凝結(jié)顆粒物（Condensable Particulate Matter，CPM）^[8-10]。實(shí)際上，后者所占比重相當(dāng)可觀，對(duì)環(huán)境的損害也非常大，但對(duì) CPM 這類非常規(guī)污染物的排放尚未采取有針對(duì)性的控制措施^{[11, 12]}。針對(duì)此問題，本文對(duì) CPM 的概念與危害性、檢測(cè)方法及治理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性闡述，分析了燃煤電廠 CPM 的排放特征，旨在為后續(xù)燃煤電廠 CPM 的排放控制提供借鑒。

1. CPM 的概念與危害性

在煙道溫度狀況下，以固態(tài)或者液態(tài)形式存在的顆粒物，即可過濾顆粒物^[13]。美國(guó)環(huán)保署（U.S. EPA） 對(duì) CPM 做出如下定義：在煙道內(nèi)溫度狀態(tài)下以氣態(tài)形式存在，從煙道排放到大氣環(huán)境后經(jīng)冷凝和稀釋， 在數(shù)秒內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)或者液態(tài)的一類物質(zhì)^[14]。例如 SO₃、HCl、NH₃ 和一些 VOCs 在煙道內(nèi)以氣態(tài)形式存在，當(dāng)排放到大氣環(huán)境后，可能轉(zhuǎn)變?yōu)?SO₄2﹣、 Cl﹣、NH₄﹢和一些有機(jī)物質(zhì)，并凝結(jié)為固態(tài)或者液態(tài)，即可凝結(jié)顆粒物^[15]。

CPM 對(duì)環(huán)境與人體的危害取決于其理化特性。CPM 屬于亞微米顆粒物，粒徑一般小于 1μm（PM₁）^[16]。因?yàn)榱叫?，不易通過干沉降或者被雨水沖刷去除，CPM 在大氣中穩(wěn)定存在時(shí)間長(zhǎng)，擴(kuò)散距離遠(yuǎn)，影響范圍廣^[17]。由于具有較大的比表面積，CPM 通常會(huì)富集各種重金屬（如 Pb、As、Cr）和病毒等有毒有害物質(zhì)，而一些重金屬恰好是大氣中某些化學(xué)反應(yīng)的催化劑^[18]。CPM 以氣溶膠的形式存在于環(huán)境中，對(duì)大氣能見度影響顯著。有些污染現(xiàn)象，也與其密切相關(guān)，例如有些“藍(lán)色煙羽”，正是由于煙氣中的 SO₃ 濃度較高所造成的^{[19, 20]}。在某些特定氣象條件下，CPM 可能對(duì)霧霾的形成有重要影響^[21]。CPM 均為可吸入顆粒物，由于粒徑極小，可深入到肺泡并沉積，對(duì)呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷。此外，CPM 攜帶的大量重金屬等致癌毒物，對(duì)人體健康的危害極大。

1. CPM 的檢測(cè)技術(shù)

準(zhǔn)確的檢測(cè)是深入研究CPM 的基礎(chǔ)。目前檢測(cè) CPM 的方法主要有撞擊冷凝法和稀釋冷凝法兩種。U.S. EPA 于 1991 年頒布的 EPA Method 202，是世界上最早的針對(duì) CPM 的測(cè)試方法，也是比較典型的一種撞擊冷凝法。其采樣設(shè)備如圖 1 所示。煙氣經(jīng) FPM 濾膜后進(jìn)入冰水浴中的沖擊瓶，前三個(gè)沖擊瓶?jī)?nèi)裝有去離子水，用來捕集煙氣中的 CPM。采樣完畢后，用 N₂ 吹掃沖擊瓶，以脫除去離子水中溶解的 SO₂，消除其

對(duì)結(jié)果的干擾。吹掃結(jié)束，將沖擊瓶里的溶液轉(zhuǎn)移至指定容器中，經(jīng)萃取、分離、烘干、稱重等操作可得CPM 的質(zhì)量^[14]。但是 EPA Method 202 中 N₂ 吹掃的操作并不能完全去除溶解在去離子水中的 SO₂，仍有殘留的 SO₂ 被誤認(rèn)為是 CPM，使測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)正偏差。

熱電耦溫度計(jì)檢查閥

接EPA顆粒物測(cè)試方法Method17、201、201A采樣組件

沖擊瓶

硅膠冰水浴

100ml去離子水 管路

排氣孔

熱電耦溫度計(jì)

旁路閥門

閥門真空表

氣泵

干式氣體流量計(jì)

圖 1 EPA 方法 202 示意[14]

隨后，Air Control Techniques, P.C.公司將 EPA Method 202 中裝有去離子水的沖擊瓶替換為干沖擊瓶， 且通過隨后設(shè)置的 CPM 濾膜來高效收集煙氣中的 CPM，這樣便解決了水吸收 SO₂ 的問題^[22]。日本質(zhì)量保證組織開展的評(píng)估實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了在撞擊冷凝法中用無水沖擊瓶的結(jié)果更準(zhǔn)確^[23]。

根據(jù)其它研究機(jī)構(gòu)的結(jié)論及改進(jìn)方案，U.S. EPA 在 2010 年對(duì) EPA Method 202 進(jìn)行了修訂，將裝有純水的沖擊瓶換為干沖擊瓶（如圖 2 所示），其流程為：煙氣通過 EPA Method5、17 或 201A 中規(guī)定的采樣組件，經(jīng)冷凝器降溫后再通過干沖擊瓶及后面的 CPM 濾膜，干沖擊瓶及 CPM 濾膜捕集部分之和為 CPM[24]。新的 EPA Method 202（也稱為 OTM-28）可以減少易溶解氣體溶于水中造成的正偏差。

CPM濾膜 熱電偶

接EPA Method5,17

或201A采樣組件

溫度傳感器

循環(huán)水泵

干沖擊瓶

真空硅膠沖擊瓶 管線

圖 2 新EPA 方法 202 示意[24]

為進(jìn)一步提高對(duì)CPM 的檢測(cè)精度，U.S. EPA 在 2004 年提出了一種比較典型的稀釋冷凝法—CTM-039

（如圖 3 所示）^[25]。煙氣先經(jīng)過在煙道內(nèi)布置的 PM_2.5 旋風(fēng)分離器，其中粒徑大于 2.5 μm 的顆粒被截留。煙氣通過加熱的取樣探頭和文丘里后進(jìn)入混合室。在混合室內(nèi)通過與經(jīng)過過濾、除濕和溫度調(diào)節(jié)后的空氣混合而被稀釋冷卻。稀釋后的煙氣進(jìn)入停留室，使 CPM 完全冷凝。最后，從采樣器材的內(nèi)壁和出口處的濾膜上收集顆粒物。一些研究機(jī)構(gòu)根據(jù)CTM-039 開發(fā)了相關(guān)設(shè)備，并應(yīng)用于固定源煙氣中 CPM 的檢測(cè)研究^[26]。由于稀釋冷凝法的裝置中停留室的空間較大，需要兩臺(tái)泵和眾多管路，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到了一 定限制。

加熱箱

混合錐

HEPA過

濾器

142mm濾膜

相對(duì)濕度傳感器

顆粒切割器& 等速采樣嘴

文丘里采樣管

停留室

圖 3 EPA CTM-039 示意[25]

相對(duì)溫度傳感器

稀釋空氣風(fēng)機(jī)

除濕器/冷卻裝置

文丘里稀釋管

稀釋采樣泵

在 CPM 檢測(cè)研究方面，我國(guó)雖然起步較晚，但一些研究機(jī)構(gòu)依據(jù)國(guó)外的檢測(cè)方法并結(jié)合我國(guó)燃煤煙氣的特點(diǎn)，分別提出了改進(jìn)的檢測(cè)方法和采樣設(shè)備，取得了非常有成效的研究成果。

上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心裴冰團(tuán)隊(duì)較早開展了針對(duì) CPM 檢測(cè)的研究。他們?cè)谖覈?guó)通用固定源顆粒物采樣設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)了 CPM 采樣配件，便于在使用國(guó)標(biāo)法采集 FPM 的同時(shí)完成 CPM 的采樣。其裝置如圖 4 所示。他們用此改進(jìn)的方法及 EPA Method 202 對(duì)某燃煤電廠鍋爐進(jìn)行同步測(cè)試，兩種方法所得結(jié)果差值在6%以內(nèi)^[27]。此套設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于用球形緩沖瓶代替沖擊瓶，增加了換熱面積和氣體停留時(shí)間，能使 CPM 更充分的被捕集。同時(shí)，此套設(shè)備可與國(guó)產(chǎn)設(shè)備較好的融合。

濾筒 冷凝管

T1 T2 T3

煙 道

球形緩沖瓶

CPM濾膜

真空管路

冷凝液收集瓶

水浴箱

圖 4 裴冰團(tuán)隊(duì)檢測(cè)CPM 方法示意[27]

北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心胡月琪團(tuán)隊(duì)結(jié)合國(guó)標(biāo)與 EPA Method 202，以一套進(jìn)口的二噁英采樣系統(tǒng)為基礎(chǔ)，輔以國(guó)產(chǎn)的煙塵測(cè)試儀，建立了 CPM 采樣系統(tǒng)并成功應(yīng)用于燃煤鍋爐煙氣的檢測(cè)^[28]。

冷凝效果對(duì)于撞擊冷凝法收集 CPM 的效率至關(guān)重要。國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院李軍狀團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了如圖 5 所示的雙重冷凝CPM 采樣系統(tǒng)。煙氣中的 FPM 首先被濾膜 1 捕集；隨后，煙氣進(jìn)入兩級(jí)控制冷凝管被充分冷凝，CPM 被濾膜 1 后的管路、抽濾瓶和濾膜 2 所捕集^[29]。

壓力計(jì)

濾膜1

皮托管

氣流方向

取樣管

螺旋冷凝器

采樣泵

流量計(jì)

濾膜2

干燥劑

控制循環(huán)冷凝水浴鍋

圖 5 李軍狀團(tuán)隊(duì)檢測(cè)CPM 方法示意[29]

很少有將撞擊冷凝法和稀釋冷凝法應(yīng)用于同一固定污染源進(jìn)行比較的報(bào)道。清華大學(xué)蔣靖坤團(tuán)隊(duì)做了這方面的研究。他們建立了類似 EPA Method 202 的撞擊冷凝法、稀釋間接法和稀釋直接法采樣系統(tǒng)^[30]。將三種方法應(yīng)用到燃煤電廠、焦化廠等固定污染源的采樣結(jié)果表明，撞擊冷凝法測(cè)得的 CPM 質(zhì)量濃度均顯著高于稀釋間接法和稀釋直接法的結(jié)果，這是由于撞擊冷凝法測(cè)量過程中水蒸氣過飽和冷凝成水吸收 SO₂ 和 HCl 等易溶于水的氣體，進(jìn)而顯著高估了 CPM 實(shí)際排放濃度。稀釋直接法的結(jié)果相對(duì)較低。稀釋間接法能模擬實(shí)際大氣環(huán)境中 CPM 的形成過程，且不存在冷凝水吸收等問題。他們的研究對(duì)科研人員選用合適的檢測(cè)方法及相關(guān)部門制定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有很好的指導(dǎo)作用。

在市場(chǎng)上，國(guó)外已有根據(jù)推薦的采樣方法所開發(fā)的較為成熟的成套檢測(cè)設(shè)備，我國(guó)還需要加強(qiáng)在此方面的研究。此外，針對(duì) CPM 的檢測(cè)，當(dāng)前所用設(shè)備的體積和重量較大，這給科研人員在現(xiàn)場(chǎng)尤其是在高空時(shí)開展研究帶來了諸多不便。因此，開發(fā)在線及小型便攜式的設(shè)備，是未來 CPM 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。

1. 燃煤電廠 CPM 的排放特征
   1. 早期燃煤電廠排放的CPM 占總顆粒物比重

Corio 等人歸納了上世紀(jì) 90 年代美國(guó)一些燃煤電廠排放的 CPM 數(shù)據(jù)。新澤西州和猶他州的幾個(gè)燃煤電廠煙氣中的 CPM 占 PM₁₀ 的 76%；俄勒岡州和華盛頓州等 4 個(gè)州的 18 個(gè)燃煤電廠煙氣中的 CPM 占總顆粒物的 49%[31]。Yang 等人發(fā)現(xiàn)，燃煤電廠排放的 CPM 占其排放的總 PM_2.5 的 61.2%[32]。

國(guó)內(nèi)一些科研人員得出了與 Corio 等人類似的結(jié)論。裴冰對(duì)國(guó)內(nèi) 3 臺(tái)超低排放改造前典型燃煤鍋爐進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，CPM 排放質(zhì)量濃度均值為（21.2±3.5）mg/m3，占總顆粒物的 50.7%[27]?？梢?，燃煤電廠排放的CPM 在其排放的總顆粒物中占據(jù)較大比重，對(duì)環(huán)境空氣中可吸入顆粒物的貢獻(xiàn)也相當(dāng)可觀。

• 1. 超低排放燃煤電廠排放的 CPM 占總顆粒物比重

我國(guó)燃煤電廠經(jīng)超低排放改造后，煙氣中的顆粒物構(gòu)成有了一定變化。胡月琪等人測(cè)試了北京兩臺(tái)達(dá)到超低排放水平的燃煤電廠的鍋爐，結(jié)果為：FPM 的平均排放量只有 0.98 mg/m3，而 CPM 的平均排放量為 12.26 mg/m3，占總顆粒物的比例高達(dá) 92.6%[33]。楊柳等人對(duì)河北省某燃煤電廠一臺(tái)達(dá)到超低排放限值的煤粉爐進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，在濕式電除塵器出口位置，CPM 濃度為 5.53 mg/m3，占總顆粒物的 72.3%[34]。

Lu 等人對(duì)臺(tái)灣一個(gè)燃煤電廠排放煙氣的測(cè)試結(jié)果表明，煙氣中 FPM 的濃度僅為（0.45±0.01）mg/m3， 其排放水平也達(dá)到了超低排放等級(jí)，而 CPM 濃度卻高達(dá)（12.7±1.44）mg/m3，占總顆粒物的絕大部分^[35]。

根據(jù)以上這些測(cè)試結(jié)果可以看出，在經(jīng)過超低排放改造后的燃煤電廠，其排放的 CPM 在總顆粒物中的比重似乎更高，這是由于常規(guī)的煙氣凈化裝置主要對(duì) FPM 有更好的脫除效果所導(dǎo)致。

• 1. 燃煤電廠排放的 CPM 組分

Yang 等人對(duì)燃煤電廠所排放的CPM 進(jìn)行了一系列研究。他們對(duì) 5 臺(tái)燃煤鍋爐所排放的煙氣進(jìn)行檢測(cè)，

發(fā)現(xiàn)無機(jī)組分在CPM 中所占的平均比重為 71%，為主要組分。在無機(jī)組分中，SO₄2﹣、NO₃﹣和Cl﹣是主要的水溶性離子，其中 SO₄2﹣是含量最高的水溶性離子。在 CPM 的有機(jī)組分中，其水溶性離子的含量明顯低于在無機(jī)組分中的量，主要的幾種為 SO₄2﹣、NO₃﹣和 Na﹢，含量最多的依然為 SO₄2﹣。他們認(rèn)為有水蒸氣存在時(shí)，煙氣中的 SO₃ 可以生成 SO₄2﹣與 H₂SO₄，構(gòu)成了 CPM 中的 SO₄2﹣組分^[10]。在另外兩項(xiàng)研究中，他們得出了類似的結(jié)論，兩個(gè)燃煤電廠煙氣中的無機(jī)組分分別占 CPM 的 89%與 86.4%，是 CPM 的主要組分。SO₄2﹣在無機(jī)組分與有機(jī)組分中均為含量最多的水溶性離子^{[32, 36]}。

然而有些研究者卻得出了與 Yang 等人差別較大的結(jié)果。Lu 等人發(fā)現(xiàn)燃煤電廠排放的 CPM 中有機(jī)組分高達(dá)（90±3.7）%，且 CPM 中主要可溶性離子為 PO₄3﹣，Cl﹣，NO₃﹣和 Ca2﹢[35]。楊柳等人發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過濕式電除塵器凈化后，有機(jī)組分占燃煤電廠煙氣中 CPM 的含量為 46.61%，與無機(jī)組分的含量接近。其中，SO₄2﹣是CPM 無機(jī)組分中含量最多的水溶性離子，其次為 Cl﹣，隨后為 NO₃﹣[34]。

可以看出，不同燃煤電廠排放的 CPM 組分有所差異，可能是由于煤炭種類、鍋爐燃燒效率和煙氣凈化設(shè)備不同等原因造成的。因此，建立 CPM 源排放清單，分析每個(gè)燃煤電廠煙氣排放特征，有利于有針對(duì)性的制定排放控制方案。

1. CPM 的脫除技術(shù)

專門針對(duì) CPM 的脫除技術(shù)，現(xiàn)在的報(bào)道中并未多見。根據(jù) CPM 的特征，參考現(xiàn)有氣體污染物的控制技術(shù)，未來對(duì)其控制技術(shù)的發(fā)展方向可能有冷凝、吸附、濕式電除塵等。

• 1. 冷凝技術(shù)

該方法基于CPM 的相變特性提出。它通過冷卻使 CPM 的形態(tài)由氣態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)或者固態(tài)，隨后可利用傳統(tǒng)的除塵裝置將其去除。冷卻方式有間接冷卻和直接冷卻兩種。間接冷卻采用換熱器對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻[37, 38]，CPM 冷凝后粘附到熱交換器壁上而被去除。高境等人在濕法脫硫后的凈煙道內(nèi)串聯(lián)布置了熱泳碰并器和水平除霧器。利用熱泳碰并器上的金屬翅片作為冷卻器，使 CPM 在翅片表面沉降。通過熱泳碰并器的液滴可被后面的水平除霧器攔截，以保證凈煙氣中的 CPM 被高效去除^[16]。Jung 等人研制了一套在高溫和酸性條件下也可有效去除 CPM 的過濾系統(tǒng)。此過濾系統(tǒng)由兩個(gè)還原氧化石墨烯（RGO）過濾器和它們之間的冷凝器組成。當(dāng)氣體通過第一個(gè) RGO 過濾器時(shí)，其中的 FPM 被去除。隨后氣體經(jīng)冷凝器，其中的氣態(tài)CPM 會(huì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)或者固態(tài)而被第二個(gè) RGO 過濾器去除^[39]。直接冷卻法采用直接注入冷卻介質(zhì)對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，為CPM 的凝結(jié)提供凝結(jié)核^[40]。

一般來說，越低的溫度越有利于去除 CPM。因?yàn)闊煔庥酂崂眉夹g(shù)也包含使煙氣降溫，所以開發(fā)煙氣余熱利用與CPM 脫除的協(xié)同技術(shù)，是未來的發(fā)展方向^{[41, 42]}。

• 1. 吸附技術(shù)

此方法是基于已有的吸附脫除氣體中的 Hg、As、VOCs 等污染物的技術(shù)基礎(chǔ)上提出的^[43-47]。利用此技術(shù)可以將吸附劑置于煙道中或噴入煙道內(nèi)，直接對(duì) CPM 進(jìn)行吸附來將其脫除。目前常用的吸附劑有活性炭、分子篩等^[48-50]，根據(jù) CPM 的化學(xué)性質(zhì)，可選用對(duì)應(yīng)種類的吸附劑。對(duì)于 CPM 中的 VOCs 組分，可以通過活性炭和分子篩等常規(guī)吸附劑將其吸附脫除^{[51, 52]}。當(dāng)最終捕集到的 CPM 中含有 SO₄2﹣較多時(shí)，意味著CPM 的初始組分中可能含有較多的 SO₃。而針對(duì)煙氣中 SO₃，向煙道中噴入堿性吸附劑可以取得較好的脫除效果^[53-55]。高智溥等人分析了不同堿性吸附劑和注射系統(tǒng)對(duì)煙氣中 SO₃ 的脫除效果及經(jīng)濟(jì)性，得出如下結(jié)論：堿性吸附劑注射技術(shù)是解決 SO₃ 污染及“藍(lán)色煙羽”的有效手段；干粉注射系統(tǒng)相比漿液注射系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用更低；在我國(guó)應(yīng)用干粉注射系統(tǒng)推薦采用 Ca(OH)₂ 或 MgO 等吸附劑^[56]。

雖然吸附技術(shù)能有效脫除 CPM 中的 VOCs 及 SO₃ 等組分，但是目前存在的主要問題是吸附劑難以重復(fù)利用、易造成二次污染^{[57, 58]}，且 CPM 的組分較為復(fù)雜，單一吸附劑難以將其有效脫除，這些會(huì)成為未來吸附技術(shù)被大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用于脫除 CPM 的主要障礙。因此，開發(fā)新型可再生、多效的吸附劑是吸附脫除CPM 的研究方向。

• 1. 濕式電除塵技術(shù)

濕式電除塵器屬于高效除塵的終端處理裝備，對(duì)煙氣中的 PM_2.5、亞微米級(jí)顆粒、氣溶膠等具有較高

的捕獲率^{[59, 60]}。濕式電除塵的工作原理為：將水霧噴向放電極和電暈區(qū)，水霧在電暈場(chǎng)內(nèi)荷電后分裂進(jìn)一步霧化，電場(chǎng)力、荷電水霧的碰撞攔截、吸附凝并，共同對(duì)粉塵粒子起捕集作用，最終粉塵粒子在電場(chǎng)力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)集塵極而被捕集^[61]。

濕式電除塵對(duì) SO₃ 有較好的脫除效果^[62]。楊用龍等人發(fā)現(xiàn)典型裝機(jī)容量機(jī)組濕式電除塵器對(duì) SO₃ 的脫除效率可以達(dá)到 62%[63]。比收集面積、電極配置和初始顆粒物濃度等因素會(huì)影響濕式電除塵器對(duì)顆粒物的去除效率^[64]。Yang 等人在一套濕式電除塵中試裝置上研究了電特性和氣體負(fù)荷兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì) SO₃ 脫除效率的影響。結(jié)果表明，提高電暈功率和降低氣體流速可以提高脫硫效率。當(dāng)濕式電除塵器入口的 SO₃ 濃度增加時(shí)，電暈放電受到抑制，相應(yīng)的 SO₃ 脫除效率也會(huì)下降^[65]。他們還設(shè)計(jì)了一種穿孔預(yù)充器，通過靜電預(yù)處理的方法來提高濕式電除塵器脫除硫酸氣溶膠的性能。在穿孔預(yù)充器的作用下，脫除效率由 90.3%提高到 95.8%；再加上換熱器輔助后，脫除效率可進(jìn)一步提高到 97.8%[66]。Li 等人對(duì) 660 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組排放的煙氣測(cè)試發(fā)現(xiàn)，濕式電除塵器運(yùn)行時(shí)，煙氣中 CPM 的濃度為 11.9 mg/m3，而濕式電除塵器關(guān)閉后， 這一數(shù)值上升為 27.1 mg/m3，濕式電除塵器對(duì) CPM 的脫除效率為 56%。他們還發(fā)現(xiàn)，濕式電除塵器對(duì) CPM中多環(huán)芳烴的去除率約為 63%，能顯著降低 CPM 中多環(huán)芳烴的總毒性當(dāng)量^[67]。

這些測(cè)試結(jié)果表明，濕式電除塵技術(shù)是一種比較有前景的脫除 CPM 的技術(shù)。近年來，作為一種煙塵超低排放的主流技術(shù)，以導(dǎo)電玻璃鋼等非金屬極板作為陽極的濕式電除塵器被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠濕法脫硫后的煙氣凈化^[68]。但在濕式電除塵器的安裝與運(yùn)行過程中，易發(fā)生火災(zāi)等事故而造成重大經(jīng)濟(jì)損失，這 使電力行業(yè)對(duì)于是否進(jìn)一步推廣濕式電除塵器產(chǎn)生了疑慮。針對(duì)這些問題，技術(shù)人員通過優(yōu)化控制邏輯閉鎖、優(yōu)化防火設(shè)施配置等措施，來消除安全隱患^{[69, 70]}。除去采取安裝與運(yùn)行時(shí)的這些措施，增強(qiáng)導(dǎo)電玻璃鋼等材質(zhì)的阻燃性能也是預(yù)防濕式電除塵器著火的重要途徑。目前，一些科研人員正在開展此方面的相關(guān)研究[71, 72]。

1. 對(duì)燃煤電廠 CPM 排放的管控建議

美國(guó)是最早對(duì) CPM 開展研究的國(guó)家。在 1987 年頒布 PM₁₀ 國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NAAQS）后，U.S. EPA 建議各州在某些情況下對(duì)主要固定污染源排放的顆粒物進(jìn)行確定時(shí)，應(yīng)將 PM₁₀ 中的 CPM 考慮在內(nèi)。2008 年，U.S. EPA 要求各州從 2011 年開始，在對(duì)主要固定污染源和重大改建項(xiàng)目的 PM_2.5 和 PM₁₀ 進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將 CPM 包含在內(nèi)^[73]，但各州在執(zhí)行時(shí)所遵循的法規(guī)可能不同。截止目前，美國(guó)政府并沒有在國(guó)家層面建立對(duì)CPM 的控制標(biāo)準(zhǔn)，其它國(guó)家也沒有出臺(tái)對(duì) CPM 的管控政策。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步，分地域、分行業(yè)對(duì)煙氣中 CPM 的管控政策也會(huì)陸續(xù)出臺(tái)。在最近美國(guó)與歐洲的一些源排放清單中，既有 FPM， 也包含了 CPM[74]。

我國(guó)對(duì)燃煤電廠實(shí)施超低排放改造后，常規(guī)污染物減排的環(huán)境效益顯著，與此同時(shí)，燃煤電廠的運(yùn)行成本也有一定程度的提高。已完成超低排放改造的燃煤電廠煙塵排放量下降明顯，但煙氣中 CPM 將占更高比重。除燃煤電廠外，鋼鐵廠、水泥廠等其它固定污染源所排放的煙氣中，也含有大量的 CPM [36, 75-77]。一些省市逐步制定了鋼鐵、焦化、水泥等行業(yè)的超低排放標(biāo)準(zhǔn)^[78]。因此，對(duì)燃煤電廠 CPM 的排放進(jìn)行合理管控，無疑對(duì)其它行業(yè) CPM 的排放控制有很好的借鑒意義。目前，我國(guó)還沒有統(tǒng)一的對(duì) CPM 進(jìn)行測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，為了更好的對(duì)燃煤電廠等固定污染源排放的 CPM 進(jìn)行控制，建議國(guó)家相關(guān)部門根據(jù)我國(guó)燃煤煙氣特點(diǎn)并結(jié)合國(guó)外制定的測(cè)試方法出臺(tái)相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。由于不同燃煤電廠排放的 CPM 組分差異較大， 建議對(duì)實(shí)施超低排放改造后的燃煤電廠進(jìn)行 CPM 的分析，建立源排放清單，為開發(fā)治理技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐，借此也可評(píng)估燃煤電廠排放的 CPM 對(duì)環(huán)境的真實(shí)影響?？紤]經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及環(huán)境因素，出臺(tái)對(duì)全部燃煤電廠嚴(yán)格限制其 CPM 排放的政策并不現(xiàn)實(shí)，建議對(duì)新建、處于環(huán)境敏感地帶以及排煙帶有明顯“有色煙羽”現(xiàn)象的燃煤電廠，將其 CPM 的排放納入考察范圍并進(jìn)行控制。

1. 結(jié)語

隨著燃煤電廠超低排放改造的實(shí)施，CPM 的排放量占總顆粒物的比重逐漸增加，這引起了更多的關(guān)注。本文系統(tǒng)闡釋了CPM 的概念、危害性、檢測(cè)方法、燃煤電廠 CPM 的排放特征、脫除技術(shù)以及未來對(duì)其進(jìn)

行管控的建議。

1. CPM 在煙道內(nèi)呈氣態(tài)，在排放到大氣環(huán)境后，會(huì)轉(zhuǎn)化為液態(tài)或固態(tài)，是固定燃燒源排放的顆粒物的一種。
2. 目前對(duì)CPM 的檢測(cè)方法主要有撞擊冷凝法和稀釋冷凝法，開發(fā)在線及小型便攜式的設(shè)備，是未來 CPM 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。
3. 燃煤電廠排放的 CPM 在其排放的總顆粒物中占據(jù)較大比重，經(jīng)超低排放改造后，此比例進(jìn)一步提升。
4. 未來對(duì)CPM 的控制技術(shù)可能有冷凝、吸附、濕式電除塵等類型，其中通過冷凝結(jié)合傳統(tǒng)的除塵技術(shù)是今后的發(fā)展方向。消除安裝及運(yùn)行時(shí)著火的安全隱患，濕式電除塵也是較有前景的脫除 CPM 的技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)吸附技術(shù)脫除 CPM 的大規(guī)模應(yīng)用，則需要解決吸附劑難以重復(fù)利用的弊端。
5. 建議國(guó)家相關(guān)部門制定燃煤電廠等固定污染源排放的 CPM 的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)實(shí)施超低排放改造后的燃煤電廠建立CPM 源排放清單，出臺(tái)適合我國(guó)國(guó)情的燃煤電廠排放 CPM 的管控政策。

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