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随着工业化和城镇化的迅速推进,我国已处于经济发展阶段中污染最为严重的“重化工时代”,大气环境问题突出,特别是以PM2.5引起的灰霾和臭氧引起的光化学烟雾为特征的大气复合污染问题日趋严重,严重影响我国经济和社会和谐发展。燃煤锅炉是我国大气PM2.5的重要来源之一。系统研究燃煤锅炉PM2.5产生及排放特征,对我国燃煤源PM2.5控制对策的制定,控制技术的开发具有重要意义,也是进一步开展燃煤源PM2.5形成机理、对人体毒害性分析及环境影响等研究的基础。本文系统研究了49台燃煤锅炉燃烧方式、除尘过程及湿法脱硫过程对PM2.5浓度特征、形貌、元素组成、有机碳与元素碳含量的影响。此外,本文研究了各炉型PM2.5的排放因子及其危害性,研究了全国及各地区燃煤锅炉PM2.5的排放总量与各地区燃煤锅炉PM2.5的单位面积排放量。本文建立了以荷电低压撞击器为主体的稀释采样系统对燃煤锅炉PM2.5进行现场采样,通过荷电低压撞击器分析PM2.5的浓度及其分布,通过扫描电子显微镜分析PM2.5的形貌,通过X射线荧光光谱仪和电感耦合等离子发射光谱仪分析PM2.5的元素组成,通过碳分析仪分析PM2.5中有机碳与元素碳含量。通过燃煤锅炉PM2.5产生及排放浓度计算了其未控制及控制后的排放因子,建立了基于层次分析法的燃煤锅炉PM2.5危害性综合评价模型,研究了各型锅炉PM2.5的危害性。提出了燃煤锅炉PM2.5排放总量估算的关键技术方法,估算出2014年全国及各地区燃煤锅炉PM2.5排放总量,并计算了各地区燃煤锅炉PM2.5的单位面积排放量。燃烧方式对PM2.5浓度特征、形貌、元素组成、有机碳与元素碳含量影响的研究结果表明,不同燃烧方式的燃煤锅炉产生PM2.5的浓度分布特征存在明显差异。电厂煤粉炉产生PM2.5的形貌以球形为主,电厂循环流化床锅炉多为不规则颗粒,工业层燃锅炉多为絮状颗粒,工业流化床锅炉主要为不规则颗粒和球形颗粒。各炉型产生PM2.5中Si和Al含量高于其它元素。工业层燃炉产生PM2.5中Si和Al的含量低于其他炉型,Na、S、有机碳与元素碳的含量则高于其他炉型。除尘过程对PM2.5浓度特征、形貌、元素组成、有机碳与元素碳含量影响研究的结果表明,经过除尘器后,各炉型PM2.5的浓度分布曲线特征普遍发生不同程度的变化。布袋除尘器反吹清灰过程会使PM2.5的分级除尘效率下降。布袋除尘器对超细颗粒的分级除尘效率会随粒径减小而降低。除尘过程会使电厂煤粉炉PM2.5形貌特征发生变化,对于其他炉型产生PM2.5的形貌特征则无显著影响。相比于除尘前,除尘后PM2.5中Si和Al的含量减少,As和Se的含量增加。经过静电除尘器后,PM2.5中有机碳与元素碳的含量明显增多,其它类型除尘器对PM2.5中有机碳与元素碳的含量则无显著影响。湿法脱硫过程对PM2.5浓度特征、形貌、元素组成、有机碳与元素碳含量影响的研究结果表明,经过湿法脱硫装置后,各炉型PM2.5主要呈现出细颗粒浓度增大,粗颗粒浓度减小的变化特征,其表面会出现块状、层状或絮状结构,有些PM2.5表面还会出现细小晶体柱结构。各炉型脱硫后PM2.5中Si、Al、有机碳和元素碳的含量均减少,Ca和S的含量则增多。各型锅炉PM2.5排放因子的研究结果显示,工业层燃炉PM2.5未控制及控制后的粒数基排放因子均大于其他炉型。燃煤锅炉PM2.5危害性综合评价模型计算结果显示,工业层燃炉PM2.5未控制及控制后的危害性均明显高于其他炉型。燃煤锅炉PM2.5排放总量及单位面积排放量的研究结果显示,2014年全国燃煤锅炉PM2.5排放总量约为47.31万吨。上海、天津、江苏、北京、浙江、山东、广东和辽宁八个省市的燃煤锅炉PM2.5单位面积排放量明显高于其他地区,属于燃煤锅炉排放PM2.5一级污染区。