[發明專利]燃燒源無組織排放系數和泄露比的定量方法

在審

• 申請號: 202010466883.0
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111735902A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 沈國鋒;陶澍;杜偉;陳源琛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G06F17/11
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種燃燒源無組織排放系數和泄露比的定量方法，針對同時具備有組織排放和無組織排放的燃燒源，基于物質平衡，通過計算分別獲得有組織排放系數和無組織排放系數，以及無組織排放的泄露比。該方法解決了在野外測試中泄露煙氣無法全量收集和量化體積，傳統CMB方法無法區分有組織和無組織泄露的難題，不僅可以用于居民室內燃煤和生物質等爐灶中泄露氣體的定量，也適用于其他源的無組織排放定量，例如磚瓦廠中除了煙囪的有組織排放外，通過磚窯窯體向四周環境泄露的量。

技術領域

本發明屬于空氣污染研究領域，具體涉及一種全新的污染物排放系數定量方法，針對同時具備有組織排放和無組織排放的燃燒源，基于物質平衡，通過計算分別獲得有組織排放系數和無組織排放系數，及無組織排放的泄露比。

背景技術

大氣污染是一個全球性的環境問題。國際癌癥研究所IRAC已經把大氣污染確定為“致癌物”^[1]。全球疾病負擔研究指出，每年約有數490萬人因大氣污染暴露而過早死亡，其中室外大氣細顆粒物PM_2.5導致的過早死亡人數約294萬，室內生物質和煤炭等固體燃料使用導致的室內污染暴露過早死亡人數約164萬^[2-3]。

PM_2.5和CO等大氣污染物的一個重要來源是燃料的不完全燃燒。電廠燃煤、工業燃燒源、居民生活源等是大氣污染的重要燃燒源，也是二次細顆粒物的前體物來源。在這些污染燃燒源中，居民生活燃燒源由于燃燒效率低，且沒有末端控制等技術，對室外大氣污染，尤其是冬季重污染，有著非常大的貢獻^[4-5]。生活燃料的燃燒發生在室內，往往造成嚴重的室內污染。大部分人群超過80％的時間待在室內，因此嚴重的室內污染造成很高的大氣污染暴露和健康危害。

燃燒源污染物的排放系數(定義為單位質量燃料燃燒排放的污染物質量)可以在實驗室通過模擬實驗測得，也可以在實際環境中進行測試。實驗室測定中需要污染物的濃度和所有廢氣的體積(全量收集)。研究已證實，在實驗室控制條件下獲得的污染物排放特征與實地野外情況可能存在很大的差別，從而使得排放系數等數據存在偏差和高不確定性^[6]。在野外實測中，由于廢氣的全量收集具有難度，因此發展了基于碳守恒(carbon massbalance,CMB)的方法來計算污染物的排放系數。CMB方法的基本假設是燃料燃燒釋放的C主要以氣態的CO₂、CO、甲烷和非甲烷總烴、以及顆粒物中的C存在。其假設廢氣中污染物混合均勻，在某一點采樣獲得的濃度代表廢氣中的平均濃度，通過CO₂的排放系數可以算出污染物排放系數。CMB方法的優勢是不需要全量收集廢氣，可以獲得總的排放系數。作為一個比較成熟的方法，CMB廣泛用于室內燃燒源排放的野外測試和秸稈露天焚燒的排放系數等研究中。實驗室測試結果也可以參照CMB方法進行計算，做相互校驗。

然而是實際燃燒過程中，室內燃燒源產生的污染物除了經過煙囪以有組織排放形式釋放到室外大氣中，但也有相當量的燃燒產物會直接釋放到室內，即無組織的室內泄露，從而污染室內環境。燃料在室內爐灶等燃燒裝置中向室內的泄露排放是造成室內空氣污染的一個重要來源。但這個關鍵的過程一直缺乏有效的定量刻畫。世界衛生組織WHO在《室內空氣質量準則》的制定過程中，由于沒有室內泄露排放系數和泄露比(無組織排放系數占總排放系數的比例)的基礎數據，只能通過對比有煙囪和無煙囪家庭的室內濃度差間接估算了CO和PM_2.5的泄漏比約25％^[7]。

為了獲得泄露排放系數和泄露比，美國環保署(EPA)和墨西哥國立大學的研究團隊在在實驗室用煙氣集氣罩，通過分別測定有組織排放和無組織泄露排放的廢氣，根據測得的污染物濃度和全量收集的煙氣體積，獲得了CO和PM_2.5的泄露排放系數和泄露比^[8-9]。但其實驗結果獲得泄露排放系數很小，污染物泄露比5％，與WHO指南中所采取的值有很大差別。因此，為了獲得更準確的污染物總排放系數、無組織泄露排放系數和泄露比等基礎數據，需要在野外實地開展排放測試。