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形式如 SO2 、NOx和 VOC等排放到大氣中, 通過復雜的大氣物理化學過程生成的二次顆粒物.一次顆粒物又可分為直接以固態形式排出的一次固態顆粒物和在煙氣溫度狀態下以氣態形式排出、在煙羽的稀釋和冷卻過程中凝結成固態的一次凝結顆粒物(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顆粒物;前者指的是在采樣溫度下被過濾介質捕集的顆粒物, 后者則是指穿透過濾介質后被隨后的沖擊罐中低溫溶液捕集的物質;兩者分別近似對應于燃燒源排放的一次固態顆粒物和一次凝結顆粒物.常規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顆粒物, 該方法和 EPAMethod17或 Method201A聯用可同時捕集過濾顆粒物和凝結顆粒物, 該方法中經過過濾介質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、半揮發性有機物等排放到大氣會發生冷凝的物質被捕集于水中;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顆粒物 (CorioT16157-1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方20世紀八、九十年代美國研究者發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).該方法將高溫煙氣在稀釋通道用潔靜空氣進行稀釋和冷卻至大氣環境溫度, 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(包括一次固態顆粒物和一次凝結顆粒物).由于高溫煙氣稀釋冷卻至大氣環境溫度, 許多在煙氣條件下不能采用的過濾材料(如 Telfon等)也可采用, 可應用大氣顆粒物的采樣方法對顆粒物的化學組成進行全方位的分析, 也適應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據適應于大氣顆粒物的源解析研究, 越來越多的學者采用該方法目前, 國內只有少數幾家單位研制開發了稀釋采樣系統 (白志鵬等, 2003;周楠等, 2006;劉紅杰等, 2005), 應用該系統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.南開大學采用該系統測試了燃煤鍋爐顆粒物的排放 (Geetal., 2001), 北京大學將其應用于燃煤、燃油鍋爐及生物質燃燒顆粒物排放特征研究(周楠等, 2006;祝斌等, 2005).鑒于稀釋采樣系統已成為研究燃燒源顆粒物排放特征的一個重要手段, 為現場調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, 其進口設有采樣嘴, 可根據煙氣流速選取適當的采樣嘴, 實現等速采樣;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煙氣溫度, 防止顆粒熱泳沉積及冷凝發生;聚四氟乙烯軟管可方便現場連接及實現對煙道的多點采樣, 同時, 避免污染采樣氣體.一級稀釋系統由壓縮空氣供氣系統、一級稀釋器、氣體流量計Ⅰ 、調節閥Ⅱ組成.壓縮空氣系統設在噴射型稀釋器的進口端, 該壓縮空氣系統依次包括空壓機、調節閥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, 確保進入稀釋系統的稀釋氣體無有機物、無塵、干燥, 不對測量結果產生影響.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:壓縮空氣通過環形噴射孔進入稀釋器內腔, 環形噴射孔與煙氣進口的噴嘴相連接;壓縮空氣高速通過環形噴射孔時在噴嘴處產生負壓,誘導煙道內煙氣從進氣部分通過噴嘴進入稀釋器內腔, 煙氣和稀釋氣體在環形噴射孔處混合, 進一步在稀釋器內腔充分混合;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置調節閥Ⅱ , 調節采樣氣出口氣量, 即進入第二級稀釋器的采樣氣量, 氣量可在 10 ～ 50 L·min-1范圍調節.蝸街流量計Ⅰ用于測量一級稀釋器采樣氣出口氣量.二級稀釋系統由二級稀釋器、稀釋空氣供氣系統、氣體流量計Ⅱ組成.稀釋器采用多孔噴射型結構, 稀釋氣體通過多個噴孔噴射進入稀釋器內腔,和從一級稀釋器采樣氣出口來的氣體在腔內進一步稀釋、混合.稀釋空氣供氣系統包括稀釋空氣泵、調節閥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類似結構.蝸街流量計Ⅱ 用于測量進入二級稀釋器的稀釋氣量.根據需要,通過調節稀釋氣量和一級稀釋器采樣氣出口氣量,二級稀釋系統可提供 1 ～ 10倍的稀釋比.這樣一級、二級稀釋系統可實現 10 ～ 100倍的稀釋比, 足以將高溫煙氣稀釋冷卻到接近大氣環境條件.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.停留室側部裝有壓力表、測溫計、濕度計, 用于測量停留室內的壓力、溫度和濕度.在停留室下部均勻開設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的穩定.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)、調節閥 Ⅳ、轉子流量計、采樣泵組成.煙氣已被稀釋至大氣環境溫度, 可按照大氣環境顆粒物的采樣方法采集顆粒物樣品進行物理化學分析, 可根據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(如多環芳烴)的分析;還可與在線顆粒物測量儀器(如 SMPS、ELPI、TOEM等)聯用.

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