燃煤锅炉周边环境PM2.5排放特征分析

郑建南 陈桐生

摘要：本文對燃煤锅炉周边的PM2.5及化学组分的排放特征进行了分析。结果显示，燃煤锅炉周边环境大气中PM2.5浓度为173.5μg/m3，观测期间NO3-/SO42-为0.88，表明固定源对燃煤锅炉周边大气中NO2和SO2贡献量较大;SOR和NOR分别为0.10和0.14，高浓度的本地前体物排放是SO42-和NO3-形成的主因。

关键词：燃煤锅炉;细颗粒物;水溶性离子;排放特征

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）08-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.089

Analysis of PM2.5 emission characteristics in the surrounding environment of coal-fired boilers

Zheng Jiannan1，Chen Tongsheng2

（1.Environmental Research Institute of Chaoyang District， Shantou City， Shantou Guangdong 515100，China;2.South China Institute of Environmental Sciences， Ministry of Ecology and Environment，Guangzhou Guangdong 510655， China）

Abstract：This paper analyzes the emission characteristics of PM2.5 and chemical components around coal-fired boilers. The results show that the PM2.5 concentration in the ambient atmosphere of the coal-fired boiler is 173.5 μg/m3， and the NO3-/SO42- is 0.88 during the observation period， indicating that the fixed source contributes a lot to the NO2 and SO2 in the atmosphere around the coal-fired boiler; SOR and The NOR is 0.10 and 0.14， respectively. The high concentration of local precursor emissions is the main cause of SO42- and NO3- formation.

Key words：Coal-fired boiler;Fine particulate matter;Water-soluble ion;Emission characteristics

近几年来，我国经济的快速发展带来了严重的大气复合污染问题，其中以PM2.5为首要污染物。燃煤锅炉污染物排放是大气环境PM2.5的主要来源之一，其也成为了制约和谐社会健康发展的重要瓶颈。国内外学者针对燃煤锅炉颗粒物排放开展了大量研究。郭欣等[1]获取了不同除尘器入口和出口PM10的颗粒粒径排放规律及元素分布特性。耿春梅等[2]针对木质和秸秆2种生物质燃料开展烟尘、PM10和PM2.5排放特征的研究，并与燃煤锅炉进行比较。但目前针对燃煤锅炉周边PM2.5及组分排放特征的研究相对较少。本文于采暖季选取某燃煤锅炉，在周边大气环境中设置采样点，分析得到了PM2.5及组分的排放数据，研究结果对于燃烧源污染防控具有重要意义。

1 材料与方法

本研究采样地点位于循环流化床燃煤锅炉周围环境大气中，采样仪器为武汉天虹生产的大气颗粒物采样器，采样流量为100L/min，采用特氟龙滤膜采集PM2.5样品，采样时间为2017年1月3日～24日。将采样滤膜置于离心管中，加入10mL高纯水，然后超声提取水溶性离子45min，用离子色谱分析仪测定离子含量。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5质量浓度

采样期间燃煤锅炉周边大气环境PM2.5日均质量浓度在52.3～365.2μg/m3之间，平均为173.5μg/m3，是环境空气质量标准中规定的二级日均浓度限值的2.3倍（见图1）。主要是由于采样点位于燃煤锅炉附近，采暖季燃煤量的增加导致PM2.5及SO2、NOx等气态前体物排放量的增加，采样期间SO2、NO2浓度分别达到66.5 μg/m3、71.9μg/m3。虽然近几年国家采取了一系列措施控制大气污染，但PM2.5浓度处于居高不下的水平。由此可见，要有效减缓大气复合污染，还需加快实行锅炉煤改气等措施的进度。

2.2 SO42-和NO3-质量比分析

通常用大气颗粒物中的NO3-与SO42-质量浓度的比值是否>1，判断移动源和固定源对大气中NO2和SO2贡献量的大小[3]。如果大气颗粒物中NO3-/SO42-的比值较高，则说明机动车排放对大气中NOx和SO2的贡献大于燃煤源的贡献。反之，则说明与机动车排放相比，燃煤源的贡献对大气中NOx和SO2的贡献较为显著。

采样期间NO3-/SO42-为0.88，表明固定源对大气中NO2和SO2的贡献作用均大于移动源，燃煤仍然是采样点周围的污染源。发达国家空气中NOx绝大部分来自于汽车尾气，大气颗粒物中NO3-与SO42-的比值较大（1.33～2.20）[4]。

2.3 SO42-、NO3-与前体物的转化

二次無机气溶胶的浓度与相应的前体物浓度及其在大气中生成粒子的转化率有关。Ohta的研究表明，硫氧化率（SOR）和氮氧化率（NOR）大于0.1表示存在二次转化[5]。根据文献中SOR和 NOR的计算方法[6]，采样期间SOR为0.10，表明颗粒物的二次转化不明显，主要是由于冬季光化学反应较弱。SO2向SO42-的转化主要通过SO2和HO等自由基反应的气相氧化和液相氧化。在低温、高湿的冬季，充足的SO2通过液相氧化产生一定数量的SO42-，高浓度前体物排放是采样期间SO42-形成的主要原因。NOR平均值为0.14，说明NO2向NO3-的转化率高于SO2。大气中的 NO3-主要来源于NH3和气态硝酸之间气相反应形成的 NH4NO3。

3 结论

燃煤锅炉周边环境大气中PM2.5日均质量浓度在52.3～365.2μg/m3之间，平均为173.5μg/m3，是二级日均浓度限值的2.3倍;观测期间NO3-/SO42-为0.88，表明固定源对燃煤锅炉周边大气中NO2和SO2贡献量较大;SOR和NOR分别为0.10和0.14，高浓度的本地前体物排放是SO42-和NO3-形成的主因。

参考文献

[1]郭欣，陈丹，郑楚光，等.燃煤锅炉可吸入颗粒物排放规律研究[J].环境科学， 2008， 29（3）：587-592.

[2]耿春梅，陈建华，王歆华，等.生物质锅炉与燃煤锅炉颗粒物排放特征比较[J].环境科学研究，2013， 26（6）：666-671.

[3]Ye B，Ji X，Yang H， et al. Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1-year period[J]. Atmospheric Environment， 2002（374）：499-510.

[4]张秋晨，朱彬，龚佃利.南京地区大气气溶胶及水溶性无机离子特征分析[J].中国环境科学，2014（02）： 311-316.

[5]Ohta S， Okita T. Chemical characterization of atmospheric aerosol in Sapporo[J].Atmospheric Environment，1990，24（4）：815-822.

[6]Wang Y， Zhang G， Tang A， et al. The ion chemistry and the sources of PM2.5 aerosol in Beijing[J].Atmospheric Environment，2005，39（21）：3771-3784.

收稿日期：2019-03-12

作者简介：郑建南（1981-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为环境规划、环境管理及生态恢复治理等。

通讯作者：陈桐生（1978-），男，高级工程师，研究方向为环境影响评价技术及生态研究。