含濕量測量法用于鍋爐主要污染物總量減排監測技術研究

梁偉（天津市環境監測中心天津300191）

含濕量測量法用于鍋爐主要污染物總量減排監測技術研究

梁偉（天津市環境監測中心天津300191）

介紹了利用含濕量法核算監測鍋爐實際燃煤量的方法，進而導出二氧化硫排放系數。解決不適應安裝在線監測的小型鍋爐污染物總量排放問題，對二氧化硫總量減排核定提供技術支持。

二氧化硫含濕量排放系數

0 引言

污染物總量減排是我國“十一五”期間環境保護工作的重要舉措?？偭繙p排核定主要依據《主要污染物總量減排監測方法》、《主要污染物總量減排統計方法》，具體監測方法包括污染源自動監測和監督性監測，前者在國控重點污染源已經實現，但在市控和小型鍋爐污染源還是依靠監督性手工監測和統計方法進行核算。由于統計方法采用平均參數進行統計，在反應區域排放總量方面具有較高的準確性，但由于鍋爐個體的差異，更好的方法還是實施實際監測。目前應用的手工監測方法只反應監測期間實際排放量，不能給出鍋爐排污性能（排放系數）指標。而依據單次監測結果推算排放水平，還需要精確鍋爐運行負荷的核算。如果將短時間手工監測方法提升為鍋爐的實際排放系數測量，將會進一步明確鍋爐污染物排放性能，簡化總量核查的程序，提高核算的準確性。

1 含濕量法測量燃煤量原理

煤在燃燒過程中將產生定量的水蒸汽排放，這些水蒸汽來源于煤的內水和外水蒸發及煤中氫元素氧化反應生成。此外，鍋爐鼓引風機驅動進入鍋爐的空氣也帶來自身含有的水分，所以鍋爐煙氣的含水量應由這4部分組成。由于煙氣中的含濕量是可測量的，煤中含水量、氫元素含量可通過煤的工業分析得到，而單位時間燃煤量和水蒸汽產生量可通過以下（1）到（3）式確定，因此可通過現場監測和煤的工業分析結果計算出監測期間煤的實際燃燒量，再根據排污系數的定義導出污染物排放系數。具體分析過程如下：

每公斤煤中水份帶來的標態水蒸汽容積：

式中：

Wf——煤分析基水份含量（%）；

V水蒸汽——煤中含有的物理水量，Nm3/kg。

每公斤煤中氫燃燒生成的標態水蒸汽容積：

式中：

Hf——煤分析基氫元素含量（%）；

V′水蒸汽——氫元素氧化后生成的水量，Nm3/kg。

空氣帶入水蒸汽量：

設1 kg干空氣中含有的水蒸汽為d（kg/kg），干空氣的密度是1.293 kg/Nm3，標態水蒸汽的密度為18/22.4=0.804 kg/Nm3，每Nm3干空氣中所含水蒸汽的容積應為：

式中：

D——為1 kg濕空氣中含水量，kg；

V〞水蒸汽——每立方米標態干空氣帶來的水蒸氣體積，Nm3。

在一個監測周期中當燃燒了G公斤煤時，煙氣中排放的水容量由下式確定：

式中：

Qsnd——標態干煙氣排放量，Nm3/h；

T——在監測周期內燃煤G公斤所用的時間，h；

VH2O——煙氣中排放的標態水蒸汽的量，Nm3。

煙氣中水含濕量可通過（5）式計算：

整理（4）、（5）式得到（6）式:

式中Wf、Hf可通過煤“工業分析”得到。

2 實驗結果及分析

2.1 實驗結果

煙氣含濕量（Xsw）采用《空氣和廢氣監測分析方法》第5篇冷凝法監測；同時測定煙氣平均排放量（Qsnd）、二氧化硫排放量（G）；用減量法兩次稱量煤重，得到監測期間鍋爐耗煤量W（用于驗證含濕量監測法得到的煤重量）；并將煤樣進行工業分析得到Wf、Hf，兩周期的監測結果分別見表1、表2。

表1 稱重法排污系數現場監測結果

表2 含濕量測量法排污系數現場監測結果

2.2 實驗結果分析

使用含濕量測量煤耗量方法具有一定的可操作性和實用價值。由于現場只需測量煙氣風量、含濕量，不需要計量耗煤量，因此可簡化操作，適用于各種爐型的監測需要。由表2可見，一周期煤稱重法和含濕量測量法得到的煤消耗量相對誤差為10.2%，二周期煤稱重法和含濕量測量法相對誤差為10.3%。煤樣采集后存放時間過長，有失水現象，因此煤樣保水是提高準確度的關鍵。兩周期監測的排放系數相對誤差分別為-9.25%、-11.76%。

3 結論

對于一個具體的鍋爐和脫硫系統，在一定時段內當煤種、操作方式不改變的條件下，其二氧化硫排放量僅與煤的消耗量有關，以往的鍋爐排放系數計算法，正是利用該規律建立的統計方法。但是，在進行二氧化硫統計時常常利用排放系數均值測算鍋爐的二氧化硫排放總量，由于個體的差異、煤種的變化、設備的新老程度不同，二氧化硫轉化率具有出入，必然出現個體特征性和總體平均水平的差異。最理想的測算方法還是實際測量鍋爐排放系數，再根據企業實際使用煤種工業分析指標和某時段煤的用煤量測算鍋爐二氧化硫實際排放量。本文正是出于這種觀點，利用以往課題研究成果，介紹了“含濕量測量法測量鍋爐二氧化硫排放系數”的監測方法。該方法具有實際意義，對于已安裝脫硫設備的鍋爐，可在測量鍋爐排放系數的同時測量脫硫設備的脫硫效率，即可得到鍋爐的實際二氧化硫排放量。該方法可廣泛滿足二氧化硫總量減排監測的需求，同時也可用于鍋爐運行負荷的測量和其他鍋爐大氣污染物的監測。■

[1]陳聽寬.鍋爐原理（上冊）［M］.北京：機械工業出版社，1989：49-63.

[2]國家環境保護總局《空氣和廢氣監測分析方法》編委會編.空氣和廢氣監測分析方法(第四版增補版）［M］.北京：中國環境科學出版社，2008：346-350.

2011-01-08