超低排放与电能替代对大气颗粒物的影响研究

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随着灰霾事件的频发,大气污染尤其是细颗粒物污染已成为我国突出的环境污染问题。中国是世界最大的煤炭消费国,燃煤过程的烟尘排放是大气颗粒物的重要来源。随着超低排放改造的完成,燃煤电厂的大气颗粒物排放贡献比例和烟尘特征发生了显著变化。在开展电能替代工作后,散烧煤对PM2.5的贡献值仍待研究。因此,探究新形势下燃煤电厂排放颗粒物的特征、评估“煤改电”对PM2.5的减排效果以及分析燃煤在大气颗粒物的来源中的占比变化,为燃煤电厂烟尘减排提供参考依据,对大气污染防治有重要意义。本文采集了安徽省三台超低排放改造后机组的颗粒物样品,采样位置分别为湿法烟气脱硫(WFGD)设备进、出口和湿式静电除尘(WESP)设备出口,对颗粒物的组成成分进行定量分析,测试结果显示:三台燃煤机组排放的PM10浓度在0.42~0.57 mg·m-3之间。颗粒物中元素以As、Zn、Cr-和Pb为主,主要在粒径小于1 μm的颗粒物中富集。水溶性离子主要由Ca2+、NH4+、SO42-和NO3-组成,3个粒径段中离子浓度无较大差别。WFGD过程对PM10的脱除效率高于80%,表现出对1~2.5 μm粒径颗粒物脱除效果最佳。WFGD过程会增加细颗粒物中大部分元素的浓度,同时也会增加PM10中Ca2+和SO42-浓度,夹带脱硫浆液是WFGD增加水溶性离子浓度的主要原因。WESP能有效去除PM10,但会增加PM2.5在PM10中的占比。说明改造后的环保设备对细颗粒物的脱除效率仍然较低,WFGD会增加颗粒物中元素和离子的浓度,因此,燃煤电厂的细颗粒物排放仍然是需要关注的重点,建议电厂在WFGD后配备WESP,减少颗粒物排放。合肥市大气颗粒物污染在全国处于中等水平,秋冬季以亚微米级气溶胶污染为主。采样期间,PM1、PM2.5和PM10平均浓度分别为43.22、58.51和73.82 μg·m-3,水溶性离子在各粒径段中占比均较高,主要为SO42-、NO3-、Na+、Ca2+和NH4+,NO3-、SO42-和NH4+这三种离子含量较高,表明二次源是主要污染源之一。富集因子和相关性分析等初步源解析表明合肥市大气颗粒物人为源主要包含燃煤、冶金工业和机动车尾气。PM2.5的PMF来源解析的结果显示其来源及比例分别为:工业混合源21.2%、机动车排放源27.2%、燃煤源19.6%、二次颗粒物5.5%、扬尘源26.5%。PM1中排放源及比例为工业混合源19.8%、机动车排放源25.2%、燃煤源15.2%、二次颗粒物15.5%、扬尘源24.4%。机动车减排是大气颗粒物污染防治的重要方向。将源解析结果结合合肥市燃煤量、散煤在燃煤量中所占比例和散煤PM2.5的排放强度,计算出散煤对PM2.5减排的贡献,与2014年相比,2018年散煤对PM2.5排放的贡献比从11.4%降到9.0%,而机动车对PM2.5排放的贡献比由9.9%升高到27.2%,“煤改电”是散煤消费量降低的主要途径,说明电能替代对降低大气PM2.5浓度有显著成效和重要作用,对合肥市及周边地区开展“煤改电”是改善PM2.5污染的重要途径,而交通领域实施电能替代将是合肥市减少大气污染的重要行动方向。
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