超低排放路线下燃煤烟气可凝结颗粒物在WFGD、WESP中的转化特性

每次采样后用超纯水和正己烷分别润洗采样管、螺旋冷凝管、连接管。每组样品采样时间约65~85min，流量范围约 15~25min· L-1。现场采集的每组样品包括为FPM滤膜、冷凝液、超纯水润洗液和正己烷润洗液，每个采样点采集 3 组样品。

图 2 FPM、 CPM 采样装置示意

1.3 样品的处理与分析

采样前后石英膜（47mm）烘干至恒重，通过十万分之一的感量天平 （Sartorius CPA225D，德国） 称量，得出FPM质量，结合采样流量计算出烟气中 FPM 实测质量浓度。将冷凝液和超纯水润洗液合并倒入分液漏斗中，加入30mL正己烷溶液萃取超声2min，重复步骤3次。萃取后的正己烷溶液与正己烷润洗液合并，倒入已恒重的锡纸盘中，在通风橱中干燥至 10mL，再放入恒温恒湿干燥皿中干燥至恒重，锡纸盘增重即为CPM有机物质量。

萃取后的无机溶液用超纯水定容至100mL，其中50mL 倒入已恒重的锡纸盘，在电加热板上蒸干至剩余10mL，将锡纸盘转移至恒温恒湿干燥皿中干燥至恒重，锡纸盘增重乘2即为CPM无机物的质量。另结合采样流量，计算得出烟气中CPM有机、CPM无机和CPM实测质量浓度。

剩余50mL超声6min后用 0.45μm滤膜过滤后测定pH值（Mettler-Toledo SevenCompact，瑞士），并进行离子成分和浓度分析。在离子分析中，K⁺、Ca₂⁺、Na⁺、Mg₂⁺用NexION 300X电感耦合等离子体质谱仪（PerkinElmer，美国）分析； SO₄^2-、NO₃^-、F^-、Cl^-用 Dionex-ICS-1100 离子色谱（ Dionex，美国）分析；NH₄⁺用水杨酸-次氯酸盐光度法分析。再结合采样流量算出各种离子浓度。

1.4 质量控制

为保证样品分析结果的准确可靠，每次现场采样前分别用超纯水和正己烷对采样系统进行清洗，并测试采样装置气密性，每个采样点采集平行样品3次，平行样之间相对偏差不大于20%。空白滤膜和空白超纯水均应带到采样现场，并对空白滤膜和空白超纯水进行相同的处理过程和分析过程；每组样品采样结束后，将滤膜尘面对折，置于干净的膜盒内，并用盒盖密封和粘贴标签。装有采样膜的膜盒、冷凝液、超纯水润洗液和正己烷润洗液必须放置于低温洁净的冷藏箱中，并尽快送回实验室进行分析。

1.5 有关公式

（ 1）烟气中实测总颗粒物排放质量浓度计算公式如下：

（2）烟气中总颗粒物基准排放质量浓度计算公式如下：

2 结果与讨论

2.1 CPM 在 WFGD 和 WESP 中的转化

CPM、FPM在各采样点的质量浓度如图3所示，两种颗粒物质量浓度在WFGD和 WESP作用下都有较大幅度的下降。CPM在 WFGD入口、出口及WESP 出口质量浓度依次下降为26.22、13.04、5.53mg· m-3；FPM 为 12.07、3.63、2.12mg· m-3。 WFGD 和 WESP 对颗粒物去除的效果不同： WESP 对 CPM 去除效果比 WFGD 去除效果更好，去除率达到57.59%；而WFGD对FPM有着较好的去除效果，去除率为 69.92%。

CPM在烟道中（WFGD进口到WESP出口）的含量一直占据主导地位，在WFGD进出口、WESP出口， CPM质量浓度是FPM的 2.17、3.59、2.60 倍。而未配备超低排放设施的燃煤电厂， 排放的CPM与FPM质量浓度比约为1:1。主要原因是烟气经高效除尘改造后， FPM含量大幅度降低，使得CPM所占比例加大。

另外，经过WFGD和WESP后， CPM的去除率达到78.90%，使其在WESP出口质量浓度仅为5.53mg· m-3； FPM去除率达到82.43%，在WESP出口处质量浓度为 2.12mg· m-3，其监测结果与马子轸等结果相接近。本研究中，总颗粒物实测质量浓度浓度为 7.65mg· m-3，其基准排放质量浓度为7.00mg·m-3，达到超低排放 10mg·m-3的要求。

图 3 CPM、 FPM 质量浓度分布

2.2 CPM 化学组分在 WFGD、 WESP 中转化

CPM是由有机组分和无机组分构成的，其在烟道内的成分谱分布如图3所示。 CPM 有机在WFGD 入口、出口及WESP出口质量浓度分别为15.43、7.40 和2.57mg· m-3， CPM无机则为10.79、5.63 和 2.95mg· m-3。WFGD、WESP对CPM有机和 CPM无机都有着较好的去除效果，但对CPM有机的去除效果更为显著，特别是 WESP对CPM有机去除率达到了65.27%。

对于CPM无机而言， WFGD和WESP对其去除率相近，约为47%。因此CPM有机占CPM的比重逐渐下降，从WFGD入口的 58.85%变为WESP出口的46.61%，甚至在WESP出口处CPM无机略超过CPM有机。另有 Yang 等的研究表明，燃煤电厂CPM排放特征中，CPM无机占CPM约 90%，远远大于本实验结果的比例，主要原因在于他们的研究较早，烟气净化设施仅有静电除尘和脱硫装置，而现阶段采样电厂实行超低排放，烟气净化设施对烟气中SO₂、 SO₃、NO_x等组分进行深度处理，大幅降低了烟道中凝结形成的CPM无机烟气组分，导致 WESP出口CPM无机浓度很低。

延伸阅读：

干货 湿法脱硫WFGD中喷淋塔液气比计算方法的探讨

湿式电除尘器在燃煤电厂WFGD后的应用分析

WESP在燃煤电厂粉尘“近零排放”工程的应用

1000MW机组超低排放改造后粉尘控制策略与探讨