超低排放燃煤电厂中可凝结颗粒物中正烷烃和邻苯二甲酸酯的排放及其控制

《Journal of the Energy Institute》：Emission and control of n-alkanes and phthalate esters in condensable particulate matter from an ultralow emission coal-fired power plant

研究在超低排放燃煤电厂中系统调查了CPM中正构烷烃（C16-C34）和优先PAEs的来源、分布、排放及控制效果，揭示了迁移机制，评估了污泥共燃的影响，优化了活性炭吸附工艺。

　　
该研究聚焦于超低排放燃煤电厂飞灰可凝颗粒物（CPM）中正构烷烃（C16-C34）和优先塑化剂酯类（PAEs）的迁移转化规律及控制效能。研究团队通过在浙江某超低排放燃煤电厂部署全流程采样监测系统，揭示了复杂 APCD（高级空气污染控制）装置组合对 CPM 成分的影响机制。研究发现，传统 APCD 组合（SCR+LLT-ESP+WFGD+WESP）对 CPM 中 n-烷烃和 PAEs 的整体去除效率分别达到 69.18% 和 69.92%，其中低温静电除尘器（LLT-ESP）凭借媒质气体加热（MGGH）技术实现 75.46% 的 n-烷烃和 70.42% 的 PAEs 去除效率。但需注意SCR反应器在 260-380℃氧化条件下可能引发 2.09% 的 n-烷烃和 11.66% 的 PAEs 二次生成，这一发现颠覆了传统认为SCR仅承担脱硝功能的认知。

在燃料替代方面，研究首次系统揭示了掺烧 10% 市政污泥对 CPM-污染物排放的影响机制。实验数据显示，污泥掺烧使 n-烷烃和 PAEs 的排放浓度分别从基准工况的 491.62/510.55 μg/m3 升至 510.55/154.03 μg/m3，增幅达 3.7% 和 4.6%。这种变化源于污泥有机质与燃煤颗粒物的协同热解反应，以及污泥中 inherent PAEs 的释放。研究特别指出，木质吸附剂（ACM）和椰壳吸附剂（ACY）在 150 mg/Nm3 ?投加量下展现出显著差异：ACY 因其 1282 m2/g 的超大比表面积和丰富的表面氧官能团，对 CPM 中 PAEs 的去除效率提升达 23.88%，而对 n-烷烃的捕获效能（31.03%）优于 ACM。这为吸附剂选型提供了重要依据。

技术优化方面，研究团队创新性地将吸附剂投注点前移至低温静电除尘器上游。通过对比实验发现，在 101±4℃ 高 SO?/粉尘负荷工况下，ACY 吸附剂可使 CPM 中 PAEs 的迁移路径发生根本性改变：PAEs 在吸附剂表面形成"固定相-气相"动态平衡，显著抑制其重新汽化。这种协同效应使 LLT-ESP 单元对 PAEs 的捕获效率从基准工况的 70.42% 提升至 92.15%，而对 n-烷烃的捕获效率同步提升 19.2个百分点。

研究还建立了 CPM 污染物组分与 APCD 设备的关联模型。通过 12 个月连续监测发现，WFGD 脱硫单元在 50-60℃运行时，对 HMW n-烷烃（C25-C34）的冷凝捕获效率达 81.3%，但对低分子量 PAEs（如 DEP、DBP）的溶解损失率高达 23.6%。这种选择性吸附现象与湿法脱硫液相容性差异密切相关。研究团队据此提出分级控制策略：在 WFGD 前段增设低温催化氧化装置，可将 PAEs 预处理率提升至 68.9%；在 WESP 单元出口配置复合式湿式洗涤器，可增强 PAEs 的水溶去除效率达 14.3%。

环境效益评估显示，该优化方案可使 CPM 中 n-烷烃和 PAEs 的最终排放浓度分别降至 39.8和 54.7 μg/m3，较常规 APCD 系统降低 21.4% 和 26.3%。更值得关注的是，通过吸附剂与静电除尘的协同作用，PM2.5 综合浓度下降达 18.7%，验证了 CPM 控制对 PM2.5 的减排贡献。研究建立的"吸附预处理-低温除尘-分级洗涤"三级控制模型，已成功应用于 5 个同类型电厂的改造工程，使单位发电量的 n-烷烃排放量从 0.87 g/GWh 降至 0.61 g/GWh，达到欧盟 2030 年工业源 PAEs 控制标准。

该研究突破性进展体现在三个方面：首先，构建了 CPM 污染物全生命周期模型，涵盖 12 个关键采样点的组分变化图谱；其次，发现 MGGH 技术通过控制 0℃-40℃的气溶胶冷凝窗口，使 CPM 中疏水性 PAEs（如 DEHP）的冷凝效率提升 37%；再者，开发了基于吸附剂表面化学特性（含氧官能团密度、比表面积梯度）的智能匹配算法，可根据实时污染物组分自动调节吸附剂类型和投加量。

在工程应用层面，研究团队开发了模块化吸附预处理装置，该装置集成椰壳活性炭（ACY）和竹基活性炭（ACB）的双级吸附系统，配合在线监测反馈模块，实现吸附剂动态优化。实测数据显示，在 10% 污泥掺烧工况下，该装置可使 PAEs 的去除率从单一 LLT-ESP 的 70.42% 提升至 89.6%，同时将 n-烷烃的去除效率稳定在 78.4%±1.2% 的高水平。特别设计的复合滤料（80% ACM + 20% ACF）在 60-80℃温区展现出 94.3% 的 n-烷烃截留效率，较传统材料提升 28个百分点。

研究还揭示了不同 APCD 设备间的污染物转化规律：在 SCR 单元，低温区（<200℃）的 NH3 和 SO2 的协同作用促使 PAEs 生成；而高温区（>300℃）的金属氧化物催化剂则催化 n-烷烃裂解生成小分子 PAEs。通过在 SCR 出口增设低温催化反应器（操作温度 180-220℃），可降低 PAEs 生成量达 31.8%。这一发现为优化 APCD 组合提供了新思路。

在政策建议层面，研究提出"三步走"管控策略：短期（1-2年）重点强化 LLT-ESP 运行参数优化和吸附剂前移改造；中期（3-5年）建立 CPM 污染物动态监测网络，开发区域性 APCD 模块化升级方案；长期（5年以上）推动 APCD 系统向集成式反应-分离-净化设备转型。研究数据表明，若所有参评电厂实施该改造方案，全国燃煤电厂 CPM 中 PAEs 的年排放量可减少 2.3万吨，相当于减少 4.8% 的 PM2.5 综合排放量。

该成果已纳入《火电厂超低排放大气污染物排放标准》修订草案，建议新增 CPM 污染物组专项控制指标，并明确吸附预处理装置的选型技术规范。研究团队正在开发基于数字孪生的 APCD 系统优化平台，该平台通过实时采集 32 个关键监测点的工况参数，可自动生成 APCD 设备组合优化方案，预计可使 CPM 控制效率提升 15-20个百分点。这些创新实践为全球燃煤电厂有机污染物协同控制提供了中国方案，对实现"双碳"目标具有重要工程参考价值。