關于煤燃燒過程中超細顆粒物粒徑譜和排放因子演變的實驗
1.前言：
煤炭是全世界發電的主要能源之一。然而，煤燃燒會向大氣中釋放多種污染物，包括超細顆粒物 (UFP)，這些污染物會對人類健康和環境産生不利影響。
UFP 是直徑小于 100 nm 的顆粒，它們比更大的顆粒更危險，因為它們可以更深入地滲透到呼吸系統并進入血液。
是以，了解煤燃燒過程中 UFP 的粒徑譜和排放因子的演變，對于制定有效的控制政策非常重要。
2.實驗裝置：
多項研究使用各種實驗裝置調查了煤燃燒過程中 UFP 的粒度分布和排放因子。趙等人進行了一項這樣的研究。
他們在流化床反應器中燃燒煙煤，并使用掃描遷移率粒度儀 (SMPS) 測量 UFP 的粒度分布和排放因子。
SMPS由微分遷移率分析儀和凝結粒子計數器組成，可以測量10-1000 nm範圍内粒子的數量濃度和尺寸分布。
最初，UFP 以成核模式粒子 (10-30 nm) 為主，這些粒子通過氣體到粒子的轉化形成。随着燃燒的進行，UFP 轉向聚集模式（100-500 nm），這是通過較小顆粒的凝結和凝結形成的。
UFP 的排放因子也随時間和燃燒條件而變化。在燃燒的初始階段觀察到最高的排放因子，并且随着燃燒的進行而降低。排放因子也随着燃燒溫度和氧氣濃度的增加而增加。
3.讨論：
上面讨論的實驗研究為煤燃燒過程中 UFP 的粒度譜和排放因子的演變提供了重要的見解。結果表明，煤燃燒過程中 UFP 的粒徑分布複雜，随時間和燃燒條件而變化。
燃燒初期的特點是形成核态顆粒，顆粒小，排放因子高。随着燃燒的進行，UFP 轉向更大且排放因子更低的累積模式。
UFP 的排放因子還取決于燃燒溫度和氧氣濃度，在較高溫度和氧氣濃度下觀察到的值較高。
與之前的研究一緻，該研究報告了煤燃燒過程中 UFP 粒度分布的兩個峰值。較小的顆粒是由氣體形成的相成核和表面生長，而較大的顆粒是由較小顆粒的凝聚和凝聚形成的。
煤燃燒過程中 UFP 的形成是一個複雜的過程，涉及各種實體和化學機制，包括成核、表面生長、凝聚和凝結。
這些機制的相對重要性取決于燃燒條件，如溫度、壓力和氧氣濃度，以及煤的特性，如揮發物含量和粒度分布。
煤燃燒過程中 UFP 的組成也是影響其毒性和環境影響的重要因素。趙等人的研究。(2016) 和張等人均發現煤燃燒過程中的 UFP 主要由碳質材料組成，還有一些金屬元素，如 Fe、Ca 和 Al。
UFP 中的碳質材料可能包括多環芳烴 (PAH)，已知其具有緻癌性和緻突變性。UFP 中的金屬元素也會對健康産生不利影響，特别是當它們處于可溶或生物可利用的形式時。
是以，重要的是在煤燃燒過程中制定有效的 UFP 控制政策，考慮它們的尺寸分布群組成。
在煤燃燒過程中控制 UFP 的一種潛在方法是修改燃燒過程以減少小顆粒的形成。例如，趙等人發現增加燃燒過程中的氧氣濃度可以降低 UFP 的排放因子。
這是因為較高的氧氣濃度可以促進更完全的燃燒并減少小顆粒的形成。另一種方法是使用可以在燃燒過程中捕獲或轉化 UFP 的添加劑或吸附劑。
例如，鈣基吸附劑可以捕獲 UFP 并降低其在煤燃燒過程中的排放因子。
4.結論：
上述實驗研究為了解煤燃燒過程中 UFP 的粒度譜和排放因子的演變提供了重要見解。結果表明，煤燃燒過程中 UFP 的粒徑分布複雜，随時間和燃燒條件而變化。
UFP 的排放因子還取決于燃燒溫度和氧氣濃度，在較高溫度和氧氣濃度下觀察到的值較高。煤燃燒過程中UFPs的組成主要是含碳物質和一些金屬元素如Fe、Ca和Al。
UFP 在煤燃燒過程中的毒性和環境影響取決于它們的尺寸分布群組成。是以，該領域未來的研究應側重于開發更先進的實驗技術，以測量煤燃燒過程中 UFP 的尺寸分布群組成。
例如，使用基于雷射的技術或同步輻射的原位測量可以提供有關納米級 UFP 形态和化學成分的更詳細資訊。
可以模拟煤燃燒過程中 UFP 形成和演化的計算模型也可用于優化燃燒條件和制定有效的控制政策。
5.筆者觀點：
總體而言，研究煤燃燒過程中 UFP 的粒徑譜和排放因子的演變是一個重要的研究領域，對人類健康和環境具有重要意義。
在這一領域的持續研究将有助于制定更有效的煤燃燒過程中 UFP 控制政策，并最終減少它們對人類健康和環境的影響。
參考文獻：
【1】顆粒物空氣污染和心血管疾病：美國心髒協會科學聲明的更新。
【2】不同煤燃燒方式排放的超細顆粒物特征。
【3】鈣基吸附劑在煤燃燒過程中原位捕獲超細顆粒。
【4】中國燃煤電廠顆粒物和顆粒結合金屬的排放特征。
【5】顆粒結合的多環芳烴及其來自煤燃燒的轉化産物的表征。
