湿法脱硫装置对燃煤锅炉PM2.5排放特征的影响

采用二级稀释采样方法对1台电厂煤粉炉、1台电厂CFB锅炉和2台工业层燃炉配备的WFGD前后烟气中PM_2.5进行现场采样。采用ELPI分析PM_2.5的数量及质量浓度粒径分布;通过SEM分析PM_2.5的显微结构,通过XRF、ICP-OES和离子色谱法分别对PM_2.5中次量、痕量元素及水溶性离子含量进行测定。研究结果表明,相比于WFGD前,煤粉炉和CFB锅炉WFGD后PM_2.5质量浓度减少,而层燃炉WFGD后PM_2.5质量浓度增加。WFGD后PM_2.5中存在大量块状、层状、片状、细小柱状和球形颗粒聚合体的结构,浆液成分及脱硫产物的附着会使PM_2.5的外观形貌特征发生显著变化。脱硫后由于脱硫浆液的参与,PM_2.5中Ca、S及相应Ca²⁺、SO₄^2-含量显著增加,Si和Al的含量下降;气相的As、Se和Hg也会发生不同的化学变化从而进入PM_2.5。湿法脱硫过程中浆液会捕集烟气中颗粒物,但脱硫浆液成分及脱硫产物会经由干化作用直接形成颗粒或与原有颗粒经碰撞聚合形成新颗粒。     

呼和浩特市城区环境空气颗粒物中重金属含量时间分布特征

于2021年7月至12月，为揭示呼和浩特市城区环境空气颗粒物中重金属含量时间分布特征，使用中流量大气采样器采集环境空气中PM₁₀、PM_2.5样品，选择毒性效应较强的Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、As、Cd和Pb等8种重金属作为研究对象，采用ICP-MS测定了其含量。结果表明：(1)2021年7月至12月，除Cu以外，其他重金属在PM₁₀和PM_2.5中的质量浓度变化趋势基本相同；(2)PM₁₀中Cr、Pb呈现出冬季>夏季>秋季的特点；Mn、Fe、As呈现出冬季>秋季>夏季的特点；Cu、Cd呈现出夏季>冬季>秋季的特点；Ni呈现出秋季>夏季>冬季的特点；PM_2.5中Cr、Mn、Fe、As、Cd、Pb呈现出冬季>秋季>夏季的特点；Ni的季节变化与PM₁₀相同，即秋季>夏季>冬季的特点；Cu呈现出秋季>冬季>夏季的特点。PM₁₀和PM     

燃煤锅炉SCR对颗粒物排放特性影响

我国电厂多数采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术降低电厂NO_x排放,目前关于电厂中SCR对颗粒物排放特性的影响研究十分匮乏。本研究对一热电联产锅炉SCR前后颗粒物和飞灰进行取样,分析颗粒物质量粒径分布以及化学成分。采用计算机控制扫描电镜（CCSEM）对飞灰进行分析,获得颗粒物单颗粒成分。结果表明SCR前后PM₁₀均呈双峰分布。经过SCR后,PM_0.21浓度降低约62%（质量）,而PM_0.21-1浓度升高19%（质量）;PM₁中SO₂相对含量增加约6%（质量）,SiO₂和Al₂O₃相对含量降低,而CaO相对含量没有明显变化;经过SCR后,PM_1-10浓度降低约17%（质量）,成分基本没有变化,但是颗粒成分变得更均一,说明经过SCR后,PM_1-10发生交互作用。因此经过SCR后PM_1-10浓度降低不仅由于颗粒物在SCR中发生沉积,更有可能是颗粒物之间交互作用导致。     

化学团聚促进电除尘脱除烟气中PM2.5和SO3

化学团聚技术是实现燃煤烟气超净排放的有效技术之一,采用燃煤热态实验系统,分析探讨化学团聚技术促进电除尘对PM_2.5和SO₃的脱除作用,考察了化学团聚剂添加前后细颗粒化学组分及粒径的变化,以及化学团聚室、电除尘出口PM_2.5和SO₃浓度变化,并分析促进PM_2.5和SO₃脱除的机理。结果表明：喷入化学团聚剂后,细颗粒粒径峰值由0.1 μm增大到3 μm左右,细颗粒化学组分基本保持不变;电除尘出口细颗粒物数量浓度由5.8×104 cm^-3降低到3.2×104 cm^-3,电除尘效率提高45%;烟气SO₃浓度由40 mg·m^-3提高到100 mg·m^-3时,单一化学团聚对SO₃的脱除效率由42%提高到68%,协同电除尘SO₃脱除效率由66%提高到86%。     

化学团聚促进电除尘脱除PM2.5的实验研究

燃煤排放细颗粒物是大气环境PM_2.5增加的重要来源。采用燃煤热态实验系统,进行了在电除尘器入口烟气添加化学团聚剂以及协同脱硫废水蒸发处理促进电除尘脱除PM_2.5的实验研究。实验考察了团聚剂添加前后PM_2.5浓度及其粒度分布的变化,以及团聚剂浓度、添加点烟温、团聚剂溶液pH、烟气量、雾滴粒径等对PM_2.5脱除效果的影响。结果表明,添加化学团聚液后,通过润湿作用、液桥力和吸附架桥作用可增强PM_2.5之间的接触并促进团聚长大,PM_2.5增大到原先的4倍左右,典型工况下电除尘器出口PM_2.5浓度降低40%以上。增加团聚液浓度可促进PM_2.5的脱除;适当降低团聚液pH有利于PM_2.5的团聚。喷脱硫废水,电除尘器出口PM_2.5浓度变化不大,加团聚剂后出口细颗粒物浓度降低。     

湿法脱硫装置对燃煤锅炉PM_(2.5)排放特征的影响

采用二级稀释采样方法对1台电厂煤粉炉、1台电厂CFB锅炉和2台工业层燃炉配备的WFGD前后烟气中PM_(2.5)进行现场采样。采用ELPI分析PM_(2.5)的数量及质量浓度粒径分布;通过SEM分析PM_(2.5)的显微结构,通过XRF、ICP-OES和离子色谱法分别对PM_(2.5)中次量、痕量元素及水溶性离子含量进行测定。研究结果表明,相比于WFGD前,煤粉炉和CFB锅炉WFGD后PM_(2.5)质量浓度减少,而层燃炉WFGD后PM_(2.5)质量浓度增加。WFGD后PM_(2.5)中存在大量块状、层状、片状、细小柱状和球形颗粒聚合体的结构,浆液成分及脱硫产物的附着会使PM_(2.5)的外观形貌特征发生显著变化。脱硫后由于脱硫浆液的参与,PM_(2.5)中Ca、S及相应Ca~(2+)、SO_4~(2-)含量显著增加,Si和Al的含量下降;气相的As、Se和Hg也会发生不同的化学变化从而进入PM_(2.5)。湿法脱硫过程中浆液会捕集烟气中颗粒物,但脱硫浆液成分及脱硫产物会经由干化作用直接形成颗粒或与原有颗粒经碰撞聚合形成新颗粒。     

超低排放改造后燃煤电厂周边大气污染时空分布特征仿真分析

研究了超低排放改造后燃煤电厂周边大气污染时空分布特征仿真分析方法,分析了超低排放改造技术对燃煤电厂周边大气污染的改善情况。选取某大型燃煤电厂的5^#燃煤机组作为仿真对象,从燃煤机组污染控制单元的除尘装置、脱硝装置和脱硫装置三个方面完成燃煤机组的超低排放改造。选取Fluent软件作为大气污染时空分布特征分析的仿真软件,在燃煤电厂的东、南、西、北四个方向分别设置采样点,对比不同月份采样的大气颗粒物样品中,总悬浮颗粒物、PM_2.5、PM₁₀等污染物浓度变化。仿真分析结果表明：超低排放改造后,燃煤电厂周边采样的大气颗粒物样品中,总悬浮颗粒物、PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO_x的浓度明显下降,验证了超低排放改造对燃煤电厂周边大气污染具有改善作用。     

660MW燃煤锅炉细微颗粒物中次量与痕量元素的分布特性

应用承重撞击器(DGI)采样系统在南昌某电厂2^#锅炉电除尘器前进行颗粒物采集,并同时采集了原煤样和底灰样。对飞灰的质量粒径分布、底灰和飞灰中次量与痕量元素的分布特性进行了分析。结果表明PM_1.0和PM_2.5质量分别占PM₁₀质量的16.0%~17.4%和46.9%~50.6%;Na、Mg、P、S主要富集在亚微米颗粒物中,Al、Si、Ca、Ti、Fe、K主要富集在超微米颗粒物中;随着颗粒物粒径的减小,As、Cd、Cr、Pb的浓度逐渐增大,且在亚微米颗粒物中的增幅大于超微米颗粒物,Mn在各级颗粒物中浓度相近;As、Cd、Cr、Pb大量富集于亚微米颗粒物之上,Mn在各级颗粒物中富集特性无明显差异,且各痕量元素挥发特性存在以下规律:As>Cd>Cr>Pb>Mn;文中给出了无控制条件下痕量元素的排放因子,PM_1.0中各元素排放比例存在以下规律:As>Cd>Cr>Pb>Mn。     

贵阳市大气细颗粒物PM2.5来源解析研究

2020年7月-2021年6月在贵阳市选取2个采样点位，采集不同季节的大气PM_2.5样品，且测定了PM_2.5及其中无机元素、水溶性离子、有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量，建立贵阳市PM_2.5受体成分谱，并利用化学质量平衡模型(CMB)对PM_2.5来源进行解析。结果显示，贵阳市大气PM_2.5中的主要成分包括水溶性二次离子和碳组分，其主要来源是二次硫酸盐、汽车尾气尘、燃煤尘和二次硝酸盐，贡献率依次为33.18%、24.78%、20.75%和8.02%。     

燃煤可吸入颗粒的物理化学特性及形成机理

应用低压撞击器分别对某100 MW和50 MW燃煤机组锅炉的除尘器前后飞灰颗粒进行采样,研究了除尘器前后PM₁₀的物理化学特性,探讨了颗粒物可能的形成机理.结果表明,两台锅炉产生PM₁₀的质量粒径均呈双峰分布,峰值分别在0.1 μm和4 μm左右.粒径小于0.377 μm的颗粒可能为气化-凝结机理形成,超微米颗粒则可能是通过亚微米颗粒凝聚、聚结和矿物质熔融、破碎、聚结形成.亚微米颗粒中碱金属和碱土金属的氧化物或硫化物为其主要成分,而超微米颗粒中主要成分为难熔性氧化物.     

Fine particle and trace element emissions from an anthracite coal-fired power plant equipped with a bag-house in China

Fine particle and trace element emissions from energy production are associated with significant adverse human health effects. In this investigation, the fine particles and trace elements emitted from the combustion of pulverized anthracite coal at a 220 MW power plant were determined experimentally in the size range from 30 nm to 10 μm with 12 channels. The particulate size distributions and morphological characteristics before and after the bag-house were evaluated. The uncontrolled and controlled emission factors of particles are compared with the calculated values from the US Environment Protection Agency, AP-42. Size-classified relative enrichment factors of As, Hg, Se, Cd, Cr, Cu, Al, V, Zn, Mn, Fe were obtained. Relative distributions of trace elements between bottom ash, fly ash and flue gas are determined by mass balance method. The bag-house collection efficiencies of particles and trace elements in the particulate phase are obtained. Finally, the controlled and uncontrolled emission factors of elements of different particulate size fractions are obtained, which will provide useful information for PM_2.5 and PM₁₀ emission inventory development, toxic and hazardous pollutant emission estimates and emission standards established for metal-based pollutants from a pulverized coal-fired boiler.     

Computer Simulation of Grain Growth and Ostwald Ripening in Alumina-Zirconia Two-Phase Composites

The kinetics of grain growth and Ostwald ripening in Al₂O₃–ZrO₂ two-phase composites was systematically investigated using two-dimensional (2-D) computer simulations, based on a diffuse-interface field model. Using average values for the experimentally measured ratios of the grain boundary energies to the interphase boundary energy as the input, the predicted 2-D microstructural features and their evolution are in excellent qualitative agreement with experimental observations on 2-D cross sections of 3-D Al₂O₃–ZrO₂ two-phase composite microstructures. It was found that the coupled grain growth in Al₂O₃–ZrO₂ composites is controlled by long-range diffusion and the average size ( Rt ) as a function of time ( t ) follows the power-growth law, R ^m _t − R ^m ₀= kt with m = 3, which is independent of the initial microstructures and volume fractions of the two phases. The predicted variation of the kinetic coefficient ( k ) on the volume fraction follows a trend similar to that experimentally measured through the entire range of volume fractions. The scaling of grain size distributions is observed at a given volume fraction, i.e., they are time-invariant in the steady state. However, the characteristics of size distributions vary with the initial microstructures and the volume fractions. The relationship between matrix grain size and second-phase grain size is discussed.     

电除尘器飞灰粒径表征及细颗粒降温团聚

基于50000m³/h实烧烟气中试系统,采用Mastersizer 2000E激光粒度分析仪和电子低压冲击仪（ELPI）,首次对电除尘器飞灰几何粒径和空气动力学粒径进行全面表征。结果表明,电除尘器入口及各电场的飞灰几何粒度分布均呈双峰分布特征,各电场峰值依次右移,但末级旋转电极电场≤ 1μm的颗粒占比略有升高,电除尘器入口及第1～5电场飞灰几何中位径分别为6.607μm、17.378μm、2.884μm、2.577μm、2.460μm、2.480μm;温度降低,电除尘器入口飞灰几何粒度分布的双峰均右移,颗粒团聚现象明显,80℃、90℃、110℃、130℃、150℃时电除尘器入口飞灰几何中位径分别为13.183μm、10.500μm、10.171μm、6.607μm、7.586μm,从130℃降至90℃,电除尘器入口几何粒径≤ 1μm、≤ 2.5μm、≤ 10μm的飞灰占比分别减少了19.8%、19.2%、12.6%;不同温度时,电除尘器对空气动力学粒径0.03～10μm段颗粒的个数浓度、质量浓度均有较高脱除效率,均在75%以上,最高可达99.9%;温度降低,电除尘器进出口空气动力学粒径不同粒径段颗粒个数浓度和质量浓度均有不同程度降低,从130℃降至90℃、80℃,对应电除尘器入口PM_2.5团聚效率分别为46.76%、60.08%,对应电除尘器出口PM₁₀减排分别为59.80%、91.08%,PM_2.5减排分别为45.94%、76.22%,PM1减排分别为40.40%、62.12%。     

基于深度时间序列特征融合的西安市2015—2020年供暖季雾霾重污染过程预警

为准确预测雾霾重污染演变过程，本文提出深度时间序列特征融合模型（long short-term memory and multivariate linear regression，LSTM-MLR）并对西安市PM_2.5浓度进行了临近预测。该模型利用不同超参数长短期记忆网络（long short-term memory，LSTM）提取PM_2.5前体和气象因素时间序列中的深度特征；采用多元线性回归（multivariate linear regression，MLR）形式融合LSTM单元输出的深度时间序列特征，最终输出PM_2.5浓度预测值。为评估模型性能，采用西安市2015年1月至2020年3月采暖季数据进行建模并计算未来3h、6h、12h、24h的PM_2.5浓度预测精度。结果表明：LSTM-MLR模型对雾霾严重污染样本的准确预测率分别为94.12%、85.29%、77.57%和51.10%，显著高于随机森林（random forest，RF）、支持向量回归（support vector regression，SVR）、MLR、单变量LSTM（LSTM_PM_2.5）、多变量LSTM（M_LSTM）和LSTM-RF（long short-term memory and random forest）；融合系数显示当前PM_2.5浓度对未来PM_2.5浓度的影响随预测步长的增加从80.89%（t+3）急剧降低至16.34%（t+24），前体浓度影响力从5.23%（t+3）上升至29.43%（t+24），说明提前控制前体物排放强度对雾霾重污染事件消峰降速效果具有显著影响。     

团聚液雾化气泡粒径分布特性的可视化研究

泡沫团聚法是有效脱除细颗粒物PM_2.5的方法。本文对团聚液的雾化粒径进行了研究,筛选出适于团聚PM_2.5的气泡粒径的溶液及喷雾条件。文中首先对气泡粒径与团聚颗粒物的能力进行估算,进而通过CCD拍摄精细雾化喷嘴喷出的团聚液泡沫的流动过程,利用MATLAB处理图片,得出雾化气泡粒径和密度大小。实验结果表明,发泡剂会使团聚液的雾化液滴形成气泡,增大雾化颗粒直径;PAM团聚液形成的气泡粒径偏小,且雾化颗粒密度大,粒径主要分布在小于200μm范围;XTG团聚液气泡粒径偏大,CMC团聚液气泡粒径介于两者之间;0.2% CMC团聚液气泡粒径均匀,颗粒数量大;在距喷口轴向20cm处,气泡破碎和聚合趋于稳定;喷口直径0.5mm时,气泡雾化粒径大多分布在100~300μm粒径范围内,符合团聚脱除PM_2.5的气泡条件;随着温度的升高,直径在0~300μm内的气泡颗粒数量增大明显。