燃燒源排放的顆粒物是城市大氣顆粒物的重要來源, 其對細粒子的貢獻尤為顯著.燃燒源排放的顆粒物對大氣顆粒物的貢獻有兩類, 即直接排出的一次顆粒物和以氣態(tài)形式如 SO2 、NOx和 VOC等排放到大氣中, 通過復(fù)雜的大氣物理化學(xué)過程生成的二次顆粒物.一次顆粒物又可分為直接以固態(tài)形式排出的一次固態(tài)顆粒物和在煙氣溫度狀態(tài)下以氣態(tài)形式排出、在煙羽的稀釋和冷卻過程中凝結(jié)成固態(tài)的一次凝結(jié)顆粒物(Corioetal., 2000;Englandetal., 2000;Changetal., 2004).準確測量燃燒源一次顆粒物的排放, 對于了解污染源對大氣顆粒物的貢獻, 制定污染控制措施和排放標準十分重要.根據(jù)美國固定燃燒源顆粒物采樣方法, 從燃燒源排放的顆粒物可分為過濾顆粒物和凝結(jié)顆粒物;前者指的是在采樣溫度下被過濾介質(zhì)捕集的顆粒物, 后者則是指穿透過濾介質(zhì)后被隨后的沖擊罐中低溫溶液捕集的物質(zhì);兩者分別近似對應(yīng)于燃燒源排放的一次固態(tài)顆粒物和一次凝結(jié)顆粒物.常規(guī)的顆粒物采樣方法只適用于過濾顆粒物的捕集, 例如:美國 EPAMethod17(顆粒物采樣)、Method201A(PM10采樣)和我國國家標準法.美國 EPAMethod202用于測定固定源凝結(jié)顆粒物, 該方法和 EPAMethod17或 Method201A聯(lián)用可同時捕集過濾顆粒物和凝結(jié)顆粒物, 該方法中經(jīng)過過濾介質(zhì)捕集顆粒物后的氣體以鼓泡方式穿過沖擊罐中的水, 硫酸霧、半揮發(fā)性有機物等排放到大氣會發(fā)生冷凝的物質(zhì)被捕集于水中;同時, 一些排放到大氣中不會冷凝的氣體如 SO2等也會溶解于水中并轉(zhuǎn)化為硫酸鹽, 造成正偏差, 也就是說該方法 GB/過高估計了燃燒源排放的一次凝結(jié)顆粒物 (CorioT16157-1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方20世紀八、九十年代美國研究者發(fā)展起來的稀釋采樣法可以較好地用于測量燃燒源一次顆粒物的排放(Hidemannetal., 1989).該方法將高溫?zé)煔庠谙♂屚ǖ烙脻嶌o空氣進行稀釋和冷卻至大氣環(huán)境溫度, 稀釋冷卻后的采樣氣體進入煙氣駐留室, 停留一段時間后顆粒物被捕集, 模擬煙氣排放到大氣中的稀釋、冷卻、凝結(jié)等過程, 捕集的顆粒物可近似認為是燃燒源排放的一次顆粒物(包括一次固態(tài)顆粒物和一次凝結(jié)顆粒物).由于高溫?zé)煔庀♂尷鋮s至大氣環(huán)境溫度, 許多在煙氣條件下不能采用的過濾材料(如 Telfon等)也可采用, 可應(yīng)用大氣顆粒物的采樣方法對顆粒物的化學(xué)組成進行全方位的分析, 也適應(yīng)于大氣條件的在線顆粒物測量儀器, 采用該方法得到的源特征譜的數(shù)據(jù)適應(yīng)于大氣顆粒物的源解析研究, 越來越多的學(xué)者采用該方法目前, 國內(nèi)只有少數(shù)幾家單位研制開發(fā)了稀釋采樣系統(tǒng) (白志鵬等, 2003;周楠等, 2006;劉紅杰等, 2005), 應(yīng)用該系統(tǒng)研究并公開報道的固定燃燒源顆粒物的排放特征的文獻甚少.南開大學(xué)采用該系統(tǒng)測試了燃煤鍋爐顆粒物的排放 (Geetal., 2001), 北京大學(xué)將其應(yīng)用于燃煤、燃油鍋爐及生物質(zhì)燃燒顆粒物排放特征研究(周楠等, 2006;祝斌等, 2005).鑒于稀釋采樣系統(tǒng)已成為研究燃燒源顆粒物排放特征的一個重要手段, 為現(xiàn)場調(diào)查我國燃煙氣進氣部分由大顆粒切割器、采樣管組成,在采樣管后面接有聚四氟乙烯軟管, 在采樣管和軟管外部敷設(shè)加熱保溫套.大顆粒切割器其作用是切割掉大顆粒(粒徑大于 10μm), 避免大顆粒沉積以致堵塞管路, 其進口設(shè)有采樣嘴, 可根據(jù)煙氣流速選取適當(dāng)?shù)牟蓸幼? 實現(xiàn)等速采樣;加熱保溫套使采樣管、聚四氟乙烯軟管的溫度略高于煙道內(nèi)煙氣溫度, 防止顆粒熱泳沉積及冷凝發(fā)生;聚四氟乙烯軟管可方便現(xiàn)場連接及實現(xiàn)對煙道的多點采樣, 同時, 避免污染采樣氣體.一級稀釋系統(tǒng)由壓縮空氣供氣系統(tǒng)、一級稀釋器、氣體流量計Ⅰ 、調(diào)節(jié)閥Ⅱ組成.壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)在噴射型稀釋器的進口端, 該壓縮空氣系統(tǒng)依次包括空壓機、調(diào)節(jié)閥Ⅰ 、空氣凈化器和壓力表.為保證壓縮空氣的潔凈, 空壓機采用無油型;空氣凈化器由四級過濾器組成, 依次為粗過濾器、活性炭床、干燥器和高效過濾器, 確保進入稀釋系統(tǒng)的稀釋氣體無有機物、無塵、干燥, 不對測量結(jié)果產(chǎn)生影響.一級稀釋器采用芬蘭 Dekati公司的噴射型稀釋器, 其工作原理如下:壓縮空氣通過環(huán)形噴射孔進入稀釋器內(nèi)腔, 環(huán)形噴射孔與煙氣進口的噴嘴相連接;壓縮空氣高速通過環(huán)形噴射孔時在噴嘴處產(chǎn)生負壓,誘導(dǎo)煙道內(nèi)煙氣從進氣部分通過噴嘴進入稀釋器內(nèi)腔, 煙氣和稀釋氣體在環(huán)形噴射孔處混合, 進一步在稀釋器內(nèi)腔充分混合;在壓縮空氣壓力為0.2MPa時, 第一級稀釋器能提供約 10倍的稀釋比,在整個采樣過程中, 稀釋比穩(wěn)定 (Ahlviketal., 1998).一級稀釋器出口有兩個, 一為采樣氣出口,一為多余氣體出口, 通過在多余氣體出口設(shè)置調(diào)節(jié)閥Ⅱ , 調(diào)節(jié)采樣氣出口氣量, 即進入第二級稀釋器的采樣氣量, 氣量可在 10 ～ 50 L·min-1范圍調(diào)節(jié).蝸街流量計Ⅰ用于測量一級稀釋器采樣氣出口氣量.二級稀釋系統(tǒng)由二級稀釋器、稀釋空氣供氣系統(tǒng)、氣體流量計Ⅱ組成.稀釋器采用多孔噴射型結(jié)構(gòu), 稀釋氣體通過多個噴孔噴射進入稀釋器內(nèi)腔,和從一級稀釋器采樣氣出口來的氣體在腔內(nèi)進一步稀釋、混合.稀釋空氣供氣系統(tǒng)包括稀釋空氣泵、調(diào)節(jié)閥Ⅲ 、空氣凈化器、壓力表, 提供潔凈的稀釋空氣.空氣泵為美國 Gast公司的無油活塞泵;空氣凈化器采用同一級稀釋系統(tǒng)類似結(jié)構(gòu).蝸街流量計Ⅱ 用于測量進入二級稀釋器的稀釋氣量.根據(jù)需要,通過調(diào)節(jié)稀釋氣量和一級稀釋器采樣氣出口氣量,二級稀釋系統(tǒng)可提供 1 ～ 10倍的稀釋比.這樣一級、二級稀釋系統(tǒng)可實現(xiàn) 10 ～ 100倍的稀釋比, 足以將高溫?zé)煔庀♂尷鋮s到接近大氣環(huán)境條件.停留室的作用是為稀釋后的煙氣提供一段停留時間后才被采集, 模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚等過程.在進氣量 100 L·min-1條件下, 停留室可提供 80秒的停留時間, 可滿足同時進行不同粒徑、化學(xué)物種和特定有機物的采樣要求,這樣, 由于進氣量相對國外的設(shè)計有大幅度的減少, 在滿足同樣的停留時間條件下, 停留室的體積大大降低.停留室側(cè)部裝有壓力表、測溫計、濕度計, 用于測量停留室內(nèi)的壓力、溫度和濕度.在停留室下部均勻開設(shè)多個采樣孔和壓力平衡孔, 由于稀釋后的采樣氣體以壓入進氣方式進入停留室, 進入停留室的氣體呈微正壓, 未被采集的多余氣體可從壓力平衡孔自動排出, 保持停留室壓力平衡和整個采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定.采樣部分與停留室下部的采樣孔相連, 由切割器、采樣膜(包括膜托)、調(diào)節(jié)閥 Ⅳ、轉(zhuǎn)子流量計、采樣泵組成.煙氣已被稀釋至大氣環(huán)境溫度, 可按照大氣環(huán)境顆粒物的采樣方法采集顆粒物樣品進行物理化學(xué)分析, 可根據(jù)要求選配不同粒徑的切割器(如 PM10 、PM2.5等)進行分粒徑顆粒物的采集, 采用不同的采樣膜(如 Teflon膜、石英膜等)進行稱重、元素、離子、有機碳(OC)、元素碳(EC)和特定有機物(如多環(huán)芳烴)的分析;還可與在線顆粒物測量儀器(如 SMPS、ELPI、TOEM等)聯(lián)用.

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