[发明专利]燃烧源无组织排放系数和泄露比的定量方法

说明书

本发明公开了一种燃烧源无组织排放系数和泄露比的定量方法，针对同时具备有组织排放和无组织排放的燃烧源，基于物质平衡，通过计算分别获得有组织排放系数和无组织排放系数，以及无组织排放的泄露比。该方法解决了在野外测试中泄露烟气无法全量收集和量化体积，传统CMB方法无法区分有组织和无组织泄露的难题，不仅可以用于居民室内燃煤和生物质等炉灶中泄露气体的定量，也适用于其他源的无组织排放定量，例如砖瓦厂中除了烟囱的有组织排放外，通过砖窑窑体向四周环境泄露的量。

技术领域

本发明属于空气污染研究领域，具体涉及一种全新的污染物排放系数定量方法，针对同时具备有组织排放和无组织排放的燃烧源，基于物质平衡，通过计算分别获得有组织排放系数和无组织排放系数，及无组织排放的泄露比。

背景技术

大气污染是一个全球性的环境问题。国际癌症研究所IRAC已经把大气污染确定为“致癌物”^[1]。全球疾病负担研究指出，每年约有数490万人因大气污染暴露而过早死亡，其中室外大气细颗粒物PM_2.5导致的过早死亡人数约294万，室内生物质和煤炭等固体燃料使用导致的室内污染暴露过早死亡人数约164万^[2-3]。

PM_2.5和CO等大气污染物的一个重要来源是燃料的不完全燃烧。电厂燃煤、工业燃烧源、居民生活源等是大气污染的重要燃烧源，也是二次细颗粒物的前体物来源。在这些污染燃烧源中，居民生活燃烧源由于燃烧效率低，且没有末端控制等技术，对室外大气污染，尤其是冬季重污染，有着非常大的贡献^[4-5]。生活燃料的燃烧发生在室内，往往造成严重的室内污染。大部分人群超过80％的时间待在室内，因此严重的室内污染造成很高的大气污染暴露和健康危害。

燃烧源污染物的排放系数(定义为单位质量燃料燃烧排放的污染物质量)可以在实验室通过模拟实验测得，也可以在实际环境中进行测试。实验室测定中需要污染物的浓度和所有废气的体积(全量收集)。研究已证实，在实验室控制条件下获得的污染物排放特征与实地野外情况可能存在很大的差别，从而使得排放系数等数据存在偏差和高不确定性^[6]。在野外实测中，由于废气的全量收集具有难度，因此发展了基于碳守恒(carbon massbalance,CMB)的方法来计算污染物的排放系数。CMB方法的基本假设是燃料燃烧释放的C主要以气态的CO₂、CO、甲烷和非甲烷总烃、以及颗粒物中的C存在。其假设废气中污染物混合均匀，在某一点采样获得的浓度代表废气中的平均浓度，通过CO₂的排放系数可以算出污染物排放系数。CMB方法的优势是不需要全量收集废气，可以获得总的排放系数。作为一个比较成熟的方法，CMB广泛用于室内燃烧源排放的野外测试和秸秆露天焚烧的排放系数等研究中。实验室测试结果也可以参照CMB方法进行计算，做相互校验。

然而是实际燃烧过程中，室内燃烧源产生的污染物除了经过烟囱以有组织排放形式释放到室外大气中，但也有相当量的燃烧产物会直接释放到室内，即无组织的室内泄露，从而污染室内环境。燃料在室内炉灶等燃烧装置中向室内的泄露排放是造成室内空气污染的一个重要来源。但这个关键的过程一直缺乏有效的定量刻画。世界卫生组织WHO在《室内空气质量准则》的制定过程中，由于没有室内泄露排放系数和泄露比(无组织排放系数占总排放系数的比例)的基础数据，只能通过对比有烟囱和无烟囱家庭的室内浓度差间接估算了CO和PM_2.5的泄漏比约25％^[7]。

为了获得泄露排放系数和泄露比，美国环保署(EPA)和墨西哥国立大学的研究团队在在实验室用烟气集气罩，通过分别测定有组织排放和无组织泄露排放的废气，根据测得的污染物浓度和全量收集的烟气体积，获得了CO和PM_2.5的泄露排放系数和泄露比^[8-9]。但其实验结果获得泄露排放系数很小，污染物泄露比5％，与WHO指南中所采取的值有很大差别。因此，为了获得更准确的污染物总排放系数、无组织泄露排放系数和泄露比等基础数据，需要在野外实地开展排放测试。