摘 要

随着世界的科技发展及文明的进步，人类社会对于资源的需求越来越大，人们对于环境污染问题也更加的重视。固定源排放的污染物已成为主要的空气污染物，空气污染物中的颗粒物，包括可过滤颗粒物（FPM）和可凝结颗粒物（CPM）。可凝结颗粒物的排放浓度高于可过滤颗粒物，需立即给予重视。本文列举多个可凝结颗粒物采样装置和方法，总结其优点与不足，分析可凝结颗粒物采样装置改进方向；介绍了不同燃料的电厂、研究室有关可凝结颗粒物的研究现状，讨论当下与未来的可凝结颗粒物研究方向；类比前人有关可凝结颗粒物排放的研究数据，估算可凝结颗粒物的排放现状。为深入研究打下基础！

关键词：可凝结颗粒物；采样装置；颗粒物排放

Abstract

With the development of science and technology and the advancement of civilization in the world, human society's demand for resources is increasing, and people pay more attention to environmental pollution. Pollutants emitted by stationary sources have become the main air pollutants. The particulate matter in air pollutants includes filterable particulate matter (FPM) and condensable particulate matter (CPM). The discharge concentration of condensable particulate matter is higher than that of filterable particulate matter, which needs immediate attention. This article lists a number of condensable particulate sampling devices and methods, summarizes their advantages and disadvantages, analyzes the direction of improvement of condensable particulate sampling devices; introduces the current research status of condensable particulates in power plants and research laboratories with different fuels, and discusses the current and future Research direction of condensable particulate matter; analogous to the previous research data on condensable particulate emissions, estimate the current status of condensable particulate emissions.Lay the foundation for in-depth research!

Keywords: Condensable particulate matter,Sampling device,Particulate emissions,

目录

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第 1 章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2可凝结颗粒物的定义、危害和形成机理 1

1.3可凝结颗粒物的国内外研究现状 2

第 2 章 CPM的采样装置 4

2.1 冲击冷却法 4

2.1.1 EPA Method 202与采样装置 4

2.1.2 空气控制技术P.C与采样装置 5

2.1.3 EPA OTM-28与采样装置 6

2.1.4 上海环境保护中心（SEMC）测试附件 6

2.2 稀释冷却法 7

2.2.1 EPA CTM 039与采样装置 7

2.2.2 DIQA采样装置改良 8

2.3 采样方法与装置总结与展望 9

2.3.1 采样方法与装置总结 9

2.3.2 采样方法与装置研究方向展望 11

第 3 章 电厂排放与实验室研究现状 12

3.1 电厂排放现状 12

3.1.1 燃煤电厂 12

3.1.2 燃生物质电厂 16

3.1.3 燃垃圾电厂 17

3.1.4 电厂研究现状总结 18

3.2 实验室研究现状 18

3.2.1 颗粒物停留时间对CPM形成的影响 18

3.2.2 过滤温度对CPM的影响 19

3.3 章节小结 20

第 4 章 中国电厂可凝结颗粒物排放估算 21

4.1 计算基础 21

4.2 结果与讨论 22

第 5 章 结论与展望 24

5.1 全文总结 24

5.2 研究方向展望 24

致谢 25

参考文献 26

第 1 章 绪论

1.1研究背景及意义

对于全球工业发展而言，能源是最基本的因素。工业发展是经济增长的主要动力，也是环境中颗粒物浓度高的原因之一。随着世界的科技发展及文明的进步，化石燃料的使用迅速增加,人们对于环境污染问题也更加的重视。化石燃料（煤、石油和天然气）约占世界一次能源消耗中的^86%。化石燃料燃烧排放的颗粒物PM，是空气污染（如雾霾）形成的主要原因^[1-2] 。颗粒物是影响环境空气质量的主要污染物之一^[3-4] ，尤其是细颗粒物对生态环境和人体健康有着重要影响^[5-6]。因此颗粒物应被重点关注。在人为向大气排放颗粒物PM方面,工业锅炉起着重要作用，是颗粒物排放的固定燃烧污染主要源头之一。

人们在探索固定污染源的颗粒物排放过程中，发现由固定源排放的颗粒物可大致分为两类，包括可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物（CPM）。过去，由于可过滤颗粒物的排放量巨大，人们的主要工作集中在可过滤颗粒物的控制，随着科学技术的不断发展，可过滤颗粒物的排放得到了有效控制。在可过滤颗粒物的排放问题得到缓解后，人们将注意力转向可凝结颗粒物。近年的研究已经证实，固定污染源排放的颗粒物中可凝结颗粒物占比大，至此可凝结颗粒物这才逐步进入大众视野。固定污染源排放排放的可过滤颗粒物是指烟道中以液态或固态形式直接排放的颗粒物，可以直接通过过滤去除，其空气动力学直径小于等于2.5μm。固定污染源排放排放的可凝结颗粒物是指，在烟道环境内为气相，随后在空气中发生化学反应，经烟道排放后立刻形成固体或液体状颗粒物。可凝结颗粒物的空气动力学直径小于等于2.5μm，由可凝结有机物与可凝结无机颗粒物组成。

随着科技进步，全球环境问题日益严峻。世界各国现已越发重视环境保护，绿色排放等方面，开始着手处理环境污染的问题。科学技术在不断进步的同时也在不断革新，各种新能源，新技术，新概念，新理论层层浮现。可凝结颗粒物因形成机理复杂、对人体、环境危害极大、颗粒物排放中占比较大等原因，应给予重视并进行深入研究。

1.2可凝结颗粒物的定义、危害和形成机理

可凝结颗粒物CPM，早在1983年^[17]被美国环境署（EPA）所承认。于2001年EPA颁布的202 Method^[14]中，可凝结颗粒物被定义为定义为“在烟道中为气相，但在环境空气中经冷却稀释后发生反应和（或）冷凝，经烟道排放后立即形成固体或者液体颗粒物质”。在同一文件中，可凝结颗粒物又被定义为“主要颗粒物的组成部分”。综上所述，可凝结颗粒物是烟道中的气体物质，经烟道排出后通过与其他大气物质的凝结或反应，立刻进入颗粒状（固体或液体颗粒）。可凝结颗粒物在经排放前属于可过滤颗粒物，经排放后形成的颗粒物为可凝结颗粒物。

可凝结颗粒物的危害是由其特性所决定的。可凝结颗粒物的表面积较大，部分呈多孔状，被认为是PM2.5的一种。可凝结颗粒物因此可以很容易吸附空气中的有害元素和化合物，并为其提供反应场所。它可以通过呼吸系统进入人体肺部，扰乱肺部气体交换，危害人体呼吸系统。这将会导致哮喘、支气管炎和心血管疾病等。与此同时，可凝结颗粒物对环境的危害也不容小觑。可凝结颗粒物会促使雾霾等恶劣气候的发生。可凝结颗粒物可以影响大气能见度，这是因为大气能见度是由光散射和（或）吸收的大小为0.1-1μm环境颗粒物所决定，而绝大部分的可凝结颗粒物空气动力学直径小于1μm，并且富含硫酸根离子，最可能散射可见光。可凝结颗粒物可以加剧酸雨等极端气候的危害，这是因为其本身富含酸性离子，且易吸附并携带较多有害物质。由于可凝结颗粒物粒径小，形成机理复杂等特殊性质，一些常见的除尘设备如静电除尘器^[18]和袋式除尘器^[19]对其无效或收效甚恶，这间接导致可凝结颗粒物的排放不受控制，对环境污染严重。

可凝结颗粒物是通过“汽化-凝结”^[20]的机制形成的。该机制可以分为两类，一是“均匀成核”^[21]（可凝结蒸汽成核和凝结成颗粒，主要的纳米颗粒测量值不超过50mm）和“非均匀成核”^[22]（可凝结蒸汽凝结于细小颗粒物表面形成颗粒物，主要为亚微米粒子，其粒径测量值不到1μm）。还未有研究将可凝结颗粒物的形成明确归类，可凝结颗粒物的类别归属问题有待深入研究。