火力发电厂排放颗粒物对大气污染的监测与危害研究

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摘要:随着发电用煤技术的提高和新能源的采用,并且受环保要求和行业竞争的限制,煤电占能源消费总量的比例将逐年下降。尽管如此,煤炭发电依旧起着主导作用,以煤电为主的发电格局仍不会改变。因此对于火力发电厂排放的颗粒物进行监测和污染研究是非常有必要的。本文在对颗粒物污染的危害性入手,对火力发电厂排放的颗粒物进行了监测。并提出了相应的对策。

关键词:火力;颗粒物;污染;危害

我国是产煤大国,基于我国资源的特点,以煤炭为主的能源利用的状况将长期存在。因此应该重视燃煤产生的污染物。颗粒物作为燃煤排放的重要污染物之一,是我们近些年来研究的重点,这也正是本文的专注所在。

一、火电厂排放颗粒物的危害

1.1 减低能见度

颗粒物降低能见度的原因有:1吸收和散射光,从而减弱了光信号;2由于其散射的作用减小了天空背景与目标物之间的对比度。有大量的研究表明,能见度的降低与气溶胶颗粒有着密切的关系。

能见度降低的最主要因素是光的散射,大小与可见光波长相近的颗粒对光的散射影响较明显,能够造成60-95%的能见度减弱,通常认为散射效应主要与PM2.5有关。

1.2 改变辐射平衡

气溶胶颗粒能够直接阻挡太阳光照射到达地面,使高空温度增加,降低地面温度。特别是直径在0.1-5μm之间的颗粒,通过对地表辐射与太阳光的吸收与散射在大气能量平衡中起着重要作用。如果PM10浓度达到100μg/m3时,可以减少到达地面的紫外线75%。

1.3 形成酸雨

降水对颗粒物的冲刷作用和其作为水汽凝结核的作用都可以使得颗粒物进入到云水中或降水中。当进入云水或降水体系后,颗粒物的各种化学成分会发生一系列的复杂变化,并决定和影响着降水和云水的污染性质。其中的一个重要方面就是它对酸的缓冲能力和它的酸碱性质。

1.4 对人体的危害

燃煤发电厂所排放的可吸入颗粒物中,富集着大量的有毒金属(Cd、As、Cr、Se、Hg、Ni、Sn等)、酸性化合物和有害有机物(PCBs、PHAs等),并且细颗粒物上还粘附着病毒与细菌。火电厂排放的二氧化氮易溶于水,95%能被上呼吸道粘膜和鼻腔吸收,可以粘附在可吸入颗粒物上进入细支气管和肺泡。

二、燃煤电厂排放的MP10和MP2.5物理化学特征分析

2.1 微观特征

对于火力发电厂的颗粒物的微观特征的研究,有人在对不同锅炉和不同煤种类型的电厂进行观察后,根据各类颗粒化学组成及显微结构,进行了分类:根据内部结构和微观形貌分出16种显微颗粒类型;根据化学成分将飞灰分出铁质、硅铝质、炭粒和钙质四个组。E.CEREAD等利用高灵敏度和高分辨率的核微探针,对100个颗粒(粒径在0.5-5μm),依据矿物种类分为7类:1、2类由铝硅酸盐组成,占总颗粒数量的70%,2类所有微量元素及Ca、P、Fe的浓度更高些,其它类群的特征是P、Si、Ti、Ca、Fe的含量较高,微量元素的含量表现出随粒径增大浓度减小的趋势,Al、P、Si、Ti、Ca、Fe的含量与粒径大小无关[3]。

2.2 矿物学组分

颗粒的矿物组成的信息不仅可以其在大气中的演化情况和来源解析,同时也有助于了解其健康危害。火力发电厂排放的可吸入颗粒物的组成表现为石英、莫来石、赤铁矿、石灰石、磁铁矿、石膏等。

2.3 总体化学元素成分

火力发电厂排放的可吸入颗粒物主要元素是Ca、Fe、K、Si、Na、Al、S、O、C等,其表面积比较大,因此在生成以后,或者在其凝聚生成过程中,可富集大量元素(K、S、AS、Ti、Na、N、pb、Se、Cr等)和有机物(正构烷烃、PAHs、脂肪醇、二恶英、酚类等)。

三、燃煤电厂排放颗粒物的控制及颗粒的回收利用

3.1 控制

颗粒物的污染问题直接关系到人体健康状况,直接影响着人类的生存环境,是必须解决的问题。而火力发电厂是颗粒物,尤其是细颗粒物的重要排放源,应及时开展对排放颗粒物的控制问题,这对于我国环境及能源的可持续发展都有着深远的影响。

如今,对于火力发电厂的烟尘控制标准越来越严格,这时电除尘器的缺点就显露出来了。主要是由于颗粒物二次飞扬、烟尘比电阻高时电除尘效率下降及细颗粒物难以荷电等因素的影响,很难使电除尘器有效率达到99.9%,从而使较多的颗粒物进入大气,对环境造成污染。

3.2 细颗粒物的回收利用

对于火力发电厂的排放的颗粒物的控制,不但可以带来社会效益和经济效益,还可以将捕集到的细颗粒物作为重要的工业材料,从而使得废物利用,创造经济效益。某些行业排放的颗粒物,比如炼铜厂的硅铁电炉粉尘二氧化硅是高级路面的重要添加剂,也是橡胶等某些化工行业不可缺少的原材料;氧化锌粉尘可以与医药的生产,是重要的医药化工原料;在铁合金冶炼炉中,气态SiO2凝聚生成的硅微粉,这种物质是重要的无机非金属材料,可以广泛的应用于多种行业。火力发电厂所产生的细颗粒物,排入大气中可以造成严重的环境污染,还能够通过进入呼吸道来伤害到人体的健康,因此,可以借鉴其他行业的经验,对捕集到的细颗粒物进行加工,变废为宝,回收利用。

四、小结

通过近几年的研究监测,数据表明,可吸入颗粒物是我国城市大气环境的首要污染物。可吸入颗粒物富集大量有毒重金属、酸性化合物和有害有机物,加上可吸入颗粒物的粒径小,对人体健康的危害极大,特别是粒径小于2.5μm的细颗粒,能够对环境及人体造成更为明显的危害。火力发电厂作为可吸入颗粒物的主要排放源之一,应加强颗粒物的排放控制,积极开发细颗粒物的回收利用。

参考文献

[1] 傅嘉媛,郑泽群.燃煤锅炉烟尘对农作物生长环境的影响[J].福州大学学报(自然科学版),2002,30(6):913-917.

[2] 邵龙义,时宗波,黄勤.都市大气环境中可吸入颗粒物的研究[J].环境保护, 2000.1:24-29.

[3] 蒋红梅,王定勇.大气可吸入颗粒物的研究进展[J].环境科学,2001,1:11-15.

[4] 刘耀东.中国电力工业结构产能产出集中度规模生产率分析[J].中国能源, 2004,26(9):13-19.