不同煤質(zhì)對(duì)鍋爐排放廢氣的影響特征

趙倩，張靜，許龍，康曉敏 (陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，陜西 西安 710061)

0 引言

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的主要設(shè)備，與人們的日常生活密切相關(guān)，被廣泛應(yīng)用于各類生產(chǎn)企業(yè)，但同時(shí)煤在燃燒過(guò)程中將產(chǎn)生大量煙塵、二氧化硫、氮氧化物等大量廢氣，對(duì)我國(guó)人體健康、空氣質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，環(huán)境保護(hù)受到人們的重視。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)每年將近10億噸煤炭作為燃料用于燃燒，工業(yè)鍋爐廢氣造成的環(huán)境污染問(wèn)題十分突出[1-3]。本次研究分別對(duì)三種煤質(zhì)鍋爐大氣污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)鍋爐排放的廢氣進(jìn)行了分析和探討，其目的在于分析煤質(zhì)對(duì)鍋爐大氣污染物排放的影響，有助于合理選擇鍋爐用煤。在對(duì)燃煤鍋爐粉塵、二氧化硫和氮氧化物的實(shí)際排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上，為控制鍋爐大氣污染物排放、研究燃煤鍋爐在多種煤質(zhì)條件下產(chǎn)生的大氣污染物的排放等具有指導(dǎo)意義。

1 主要內(nèi)容

分別于三家企業(yè)各選擇1套燃煤鍋爐及濕式除塵脫硫系統(tǒng)，煤質(zhì)分別采用煙煤、蘭炭、混煤。針對(duì)三種不同煤質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙塵、SO2和NOx，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究期間各企業(yè)監(jiān)測(cè)工況均＞80%。煙塵采樣使用嶗應(yīng)3012型煙塵 (氣) 測(cè)試儀，使用重量法測(cè)定；SO2和NOx監(jiān)測(cè)采用嶗應(yīng)3012型煙塵 (氣) 測(cè)試儀，讀取測(cè)試儀上各項(xiàng)煙氣參數(shù)以及煙氣中SO2、NOx的濃度值。每個(gè)煤種連續(xù)監(jiān)測(cè)兩天，3次/天，每次采樣時(shí)間不少于60 min，煙氣流量設(shè)定為30 L/min。鍋爐出口處排放的污染物作為產(chǎn)生量，排氣筒處排放的大氣污染物作為排放量[4-6]。

2 數(shù)據(jù)與分析

2.1 不同煤質(zhì)對(duì)大氣污染物的影響

2.1.1 煙塵的產(chǎn)生及排放情況

本次研究共采集有效煙塵樣品36個(gè)，由樣品監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，三種用煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣中煙塵濃度為146.5 mg/m3～ 781.2 mg/m3，排放濃度為 12.3 mg/m3～ 88.8 mg/m3；煙塵產(chǎn)生量為1.1 kg/h～8.4 kg/h，排放量為0.1 kg/h～1.1 kg/h。煤質(zhì)灰分與煙塵排放濃度相關(guān)性分析如圖1所示。燃煤鍋爐采用的燃煤中的灰分對(duì)所排放的大氣污染物中煙塵影響較大。

如圖1所示，燃燒混煤產(chǎn)生的煙塵濃度和排放量最大，其次為煙煤，蘭炭煙塵排放量最小。

圖1 煙塵排放濃度與燃煤中灰分關(guān)系

圖2 SO2排放濃度與含硫量關(guān)系

2.1.2 SO2的產(chǎn)生及排放情況

本次研究共取得SO2有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)36個(gè)，由樣品監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，SO2產(chǎn)生濃度為358 mg/m3～651 mg/m3，產(chǎn) 生 量 為2.14 kg/h～8.98 kg/h；SO2排 放 濃 度 為130 mg/m3～328 mg/m3，排放量為1.15 kg/h～3.86 kg/h。

鍋爐煙氣中SO2濃度與燃煤含硫量有直接關(guān)系，二者間的相關(guān)性如圖2所示。鍋爐煙氣中SO2排放濃度與燃煤含硫量有很好的相關(guān)性。含硫量與SO2濃度成正比關(guān)系。

由圖2可知，該三種煤質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙氣中SO2含量濃度關(guān)系為：混煤＞煙煤＞蘭炭，與煤種含硫量關(guān)系基本一致。

2.1.3 NOx的產(chǎn)生及排放情況

本分析共取得NOx有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)36個(gè)，由樣品監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，NOx產(chǎn)生濃度為258 mg/m3～466 mg/m3，產(chǎn) 生 量 為1.41 kg/h～5.57 kg/h；NOx排 放 濃 度 為182 mg/m3～436 mg/m3，排放量為1.09 kg/h～5.32 kg/h。由此看出，燃煤中氮含量對(duì)NOx的排放濃度和排放量有一定的影響。氮元素在不同條件下的反應(yīng)機(jī)理和轉(zhuǎn)化方式非常復(fù)雜[7]。

為進(jìn)一步了解鍋爐煙氣中NOx濃度與燃煤中含氮量之間的相互關(guān)系，對(duì)二者進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，鍋爐煙氣中NOx的排放量與燃煤中的氮含量之間雖有一定相互關(guān)系，實(shí)驗(yàn)工況、燃燒溫度等對(duì)其產(chǎn)生量也存在一定的影響，工況條件含氧量不同，鍋爐產(chǎn)生的NOx濃度也會(huì)受影響。同時(shí)還應(yīng)考慮與其他因素有關(guān)，如鍋爐類型、煤質(zhì)等。

圖3 NOx排放濃度與燃氮含量之間的關(guān)系

2.2 排污系數(shù)計(jì)算

參照《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》，根據(jù)本次研究中燃煤鍋爐產(chǎn)生的大氣污染物排放量、燃煤量等數(shù)據(jù)，計(jì)算得出不同煤質(zhì)產(chǎn)生的污染物的排污系數(shù)。采用煙煤作為燃料時(shí)，煙氣排污系數(shù)為31391 m3/t；采用蘭炭作為燃料時(shí)，煙氣排污系數(shù)為14194 m3/t；采用煙煤作為燃料時(shí)，煙氣排污系數(shù)為21536 m3/t。鍋爐燃燒混煤產(chǎn)生的廢氣排放量與《手冊(cè)》計(jì)算結(jié)果基本一致，煙煤產(chǎn)生的煙氣量偏大 (達(dá)正常水平的1.5倍)，蘭炭產(chǎn)生的煙氣量偏小。

煙煤煙塵排污系數(shù)與污染源普查系數(shù)相比，二者相差較大，分析考慮主要與除塵設(shè)施的處理效果有關(guān)；蘭炭煙塵排污系數(shù)在污染源普查系數(shù)合理范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)所得三類煤質(zhì)產(chǎn)生的煙氣中SO2排污系數(shù)分別為1.45 kg/t～1.70 kg/t(煙煤)、1.17 kg/t～ 1.47 kg/t(蘭炭 )、5.02 kg/t～ 6.21 kg/t(混煤 )，符合《手冊(cè)》中的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)所得三類煤質(zhì)產(chǎn)生的煙氣中NOx排污系數(shù)分別為1.96 kg/t～3.23 kg/t(煙煤)、2.66 kg/t～4.64 kg/t(蘭炭)、3.41 kg/t～7.38 kg/t(混煤)，其中除混煤偏高以外，煙煤、蘭炭均在污染源普查系數(shù)合理范圍內(nèi)[8]。

3 結(jié)論

(1)煤質(zhì)與燃煤廢氣中的灰分具有正相關(guān)的關(guān)系，SO2濃度與燃煤的含硫量呈正相關(guān)關(guān)系，煤質(zhì)中的灰分和煙塵濃度成正比關(guān)系。燃煤含硫量越大，鍋爐產(chǎn)生的煙氣中SO2濃度則越高。

(2)本次實(shí)驗(yàn)表明燃煤的含氮量對(duì)NOx的影響不大，燃煤鍋爐產(chǎn)生的NOx濃度與燃煤本身含氮量相關(guān)性一般。此方面相關(guān)機(jī)理和影響關(guān)系有待于進(jìn)一步的探討與研究。

(3)從排污系數(shù)角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)所得排污系數(shù)與第一次污染普查系數(shù)相比，除煙塵的排污系數(shù)小于全國(guó)污染源普查系數(shù)以外，煙氣量、二氧化硫、氮氧化物的排污系數(shù)與 《手冊(cè)》中污染源普查系數(shù)結(jié)果基本一致，故本次實(shí)驗(yàn)比較成功， 數(shù)據(jù)結(jié)果合理可信。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化程度逐漸加深，環(huán)境問(wèn)題日益突出，大氣污染源中以工業(yè)鍋爐排放廢氣為主。通過(guò)降低鍋爐煙氣中污染物排放濃度、排放量，能夠有效的減少環(huán)境空氣污染，促進(jìn)和諧社會(huì)的構(gòu)建，為環(huán)境保護(hù)部門日常環(huán)境管理提供有效的技術(shù)依據(jù)。目前，我國(guó)對(duì)于鍋爐煙塵煙氣監(jiān)測(cè)已經(jīng)頒布了成熟的技術(shù)指導(dǎo)導(dǎo)則和規(guī)范，但在具體實(shí)施中仍存在不足。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性是減少煙塵、煙氣排放的重要依據(jù)，廢氣監(jiān)測(cè)需要較高的技術(shù)支撐，與國(guó)外監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)相對(duì)落后，致使工業(yè)企業(yè)廢氣監(jiān)測(cè)工作中時(shí)常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)漏洞。建議行業(yè)提高監(jiān)測(cè)人員的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷提高加強(qiáng)鍋爐監(jiān)測(cè)過(guò)程中各技術(shù)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，從而保證真實(shí)準(zhǔn)確地反映鍋爐實(shí)際排放狀況。