不同燃燒源廢氣常規污染物及揮發性有機物排放特征研究

674-6139（2025）08-0102-06

中圖分類號：X823文獻標志碼：B

Emission Characteristics of Conventional Pollutants and Volatile Organic Compounds Emitted from Different Stationary Combustion Sources

Pan Jin，Zhi Shenxiao，Fan Chuanming

（Guangdong Zhongshan Ecological Environment Monitoring Station，Zhongshan 5284Oo，China）

Abstract：Theemissioncharacteristicsofgaseouspolltantsandvolatileorganiccompouds（VOCs）fromdiferentstationarycombustionsourceserestudied.Theresultsshowthattheconcentrationsofnitrogenoxideandcarbonmonoxidemitedfromiomassfired boilersexceedtheisionsandards，andtheconcentratiosofgaseusplltantsitedfromthercombustiosourcesereallelow theemisionstandards.ThecompositionndconcentrationofVOCseitedfromdiferenttatioarycombustionsourcesarenfuencedby the fuel types and treatment facilities.The total concentration of VOCs is between 48.6～186μg/m³ ，and the main components are aromatichydrocarbonsandhalogenatedhydrocarbons.ThecontributionofVOCsfromdiferentstationarycombustionsourcestoteozoefo mation potential wasapproximately thesame，and the highestcontributionwas madeby aromatic hydrocarbons（ 49%～94% ）.

Keywords;stationarycombustionsource；emissionprofiles；volatileorganiccompounds（VOCs）；ozone formationpotential

前言

隨著珠三角區域性臭氧污染問題突出，研究表明，臭氧的形成通常一定程度上受揮發性有機物（VOCs）控制并且兩者的相互作用相當復雜多樣。固定燃燒源主要集中在城區或工業區，燃料在鍋爐內高溫燃燒后向大氣排放大量的氣態前體物（ ΔVOCs，NO_x 、NH₃ 、硫化物），目前關于固定燃燒源VOCs的研究主要集中在生物質燃料鍋爐、燃煤鍋爐等[1-4]，其他固定燃燒源的研究鮮有報道。

為研究不同燃燒源廢氣的排放特征，文章選取了6家典型企業的固定燃燒源進行了氣態污染物的監測工作，系統地分析了不同燃燒源VOCs的排放特征，可為今后VOCs的防治工作提供參考。

材料與方法

1. 1 采樣對象

根據企業類型和燃燒源特征，選擇涉及電力、紡織、造紙、平板玻璃、垃圾燒等五大類共6家企業的固定燃燒源作為研究對象。燃燒源的詳細信息見表1。

1.2 樣品采集及分析

按照《固定污染源排氣中顆粒物和氣態污染物采樣方法》（GB/T16157-1996）的要求布置采樣點，使用煙氣分析儀（YQ3000－B）對燃燒源廢氣中的常規氣態污染物（ 進行監測，同時測定氧含量，并按標準要求將濃度轉化為基準氧含量下的濃度。

表1固定燃燒源信息表

使用便攜式氣相色譜-質譜聯用儀（HAPSITEER，美國INFICON）對燃燒源廢氣的VOCs進行現場測定。將取樣探頭伸入排氣筒中心位置，通過內置采樣泵進行樣品采集，樣品經氣相色譜分離后進入質譜檢測器分析。樣品分析過程中，儀器自動加入內標氣體，以確保分析數據的準確性[5]

2 結果與討論

2.1常規污染物排放特征

6臺固定燃燒源排放廢氣的常規污染物如圖1所示。二氧化硫的排放濃度與燃料含硫量密切相關，也受煙氣脫硫技術影響。而氮氧化物的排放濃度不僅受脫硝設施及其脫硝效率的影響[1]，也與爐溫有很大關系。而廢氣中的一氧化碳主要源自燃料的不完全燃燒。

圖1固定燃燒源常規氣態污染物排放濃度

兩臺燃煤鍋爐所用煤的含硫量均低于 1% ，且設置了脫硫設施，其廢氣的二氧化硫排放濃度遠遠低于標準限值，其中1號源廢氣的二氧化硫濃度低于檢出限。1號、2號源廢氣的氮氧化物濃度均低于標準限值，1號源由于使用了低氮燃燒技術且使用了SCR脫硝，其氮氧化物排放濃度比2號源低了一半以上。

生物質成型燃料中硫元素的占比僅為 0.05% 左右，在完全燃燒的情況下二氧化硫排放濃度低于25mg/m³ ，因而生物質鍋爐一般都不設置脫硫裝置。3號源采用爐內噴灑尿素的方式以降低氮氧化物的生成，排放廢氣中的二氧化硫達到《鍋爐大氣污染物排放標準》（ DB44/765-2019） 的限值要求；氮氧化物濃度（ 195mg/m³ ）超過了標準限值中 150mg/m³ ），一氧化碳濃度則達到 498mg/m³ ，是標準限值（ 200mg/m³ ）的2.5倍，需要引起重視。

天然氣是較煤、生物質成型燃料更為清潔的燃料，因此，盡管未設置任何處理設施，4號源排放廢氣中的二氧化硫、氮氧化物仍然能達到《鍋爐大氣污染物排放標準》（ DB44/765-2019） 的限值要求，一氧化碳濃度低于檢出限。

生活垃圾燒爐（5號源）和燃石油焦玻璃熔窯（6號源）采用了較為完備的廢氣處理裝置，5號源廢氣的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳排放濃度均達到《生活垃圾燒污染控制標準》（GB18485-2014）的限值要求。6號源廢氣的一氧化碳濃度低于檢出限，二氧化硫、氮氧化物排放濃度均達到《平板玻璃工業大氣污染物排放標準》（GB26453-2011）的限值要求，氮氧化物濃度比其他固定源要高，需要進一步關注。

2.2VOCs濃度及其組分特征

如表2所示，6臺燃燒源排放的40種VOCs濃度，可以看出不同燃燒源之間，VOCs濃度有較大差別。其中4號源濃度最高，達到 186μg/m³ ；最低為1號源，為 48.6μg/m³ ，濃度相差5倍左右。VOCs的濃度差異可能與燃料種類、燃燒工藝、處理設施、運行工況等息息相關。即使是相同燃料，由于燃燒工藝和處理設施的不同，VOCs濃度也有較大差別。1、2號源均為燃煤鍋爐，濃度相差3倍左右;孫樹睿等[2]測定的燃煤電廠和焦化廠燃煤鍋爐的VOCs 濃度分別為 85～1374μg/m³ 和 27～45μg/m³ ；而陳超等[3]測定的燃煤機組的VOCs濃度達到8.40和8.47mg/m³ ；陳娟等[4]測定燃氣鍋爐廢氣中VOCs濃度為 143.24μg/m³ ;吳昌達等1對5臺生物質燃料鍋爐廢氣56種VOCs濃度的監測結果在（872.43±293.80）～（6929.66±1137.25）|μ^g/m³ 之間，差異較大。

表2不同固定燃燒源的VOCs質量濃度和臭氧生成潛勢

2.3 VOCs排放特征分析

如圖2所示不同燃燒源各組分V0Cs的質量百分比，如表3所示各燃燒源廢氣中前十位V0Cs排放組分及其質量分數。

燃煤鍋爐中1號源排放廢氣檢出了40種VOCs，VOCs濃度為 48.6ug/m³;2 號源排放廢氣檢出了36種VOCs，VOCs濃度為 126ug/m³ 。盡管2臺燃煤鍋爐處理設施、燃燒工況有所不同，但排放的VOCs組分相似，鹵代烴、芳香烴為燃煤鍋爐廢氣VOCs的主要成分，前十位VOCs排放組分總計質量分數達到 81% 以上。1號源廢氣VOCs的百分比組成表現為芳香烴（ 48.22% ） gt; 鹵代烴 （38.11% ）gt;含氧有機物 （8.67% ） gt; 硫化物 （4.35% ） gt; 烷烴0 （0.64% ），2號源廢氣VOCs的百分比組成表現為鹵代烴（ 74.10% ） gt; 芳香烴（ 16.92% ） gt; 硫化物0 4.44% ） gt; 含氧有機物 （2.89% ） gt; 烷烴 （1.65% ）。其中，鹵代烴以含氯有機物為主；芳香烴以苯、甲苯為主。這主要由于在高溫作用下，燃煤中的微量氯化氫和苯系物及烷烴等取代形成鹵代烴。

圖2不同固定燃燒源各組分VOCs質量百分比

燃生物質成型燃料鍋爐（3號源）排放廢氣檢出了35種VOCs，VOCs濃度為 91.7ug/m³ 。所排放的VOCs中芳香烴（ 36.14% ）、含氧有機物 （31.35% ）鹵代烴 30.29% ）含量接近，三者占比高達 97.78% 。前十位VOCs排放組分總計質量分數高達 80% 以上，其中丙酮占比最大，芳香烴中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯的含量達到 30% 以上，也是其特征物質。

燃天然氣鍋爐（4號源）排放廢氣檢出了42種VOCs，VOCs濃度為 186ug/m³ 。排放廢氣VOCs中鹵代烴含量最高，其次為芳香烴，百分比組成表現為鹵代烴 （65.08% ） gt; 芳香烴 （23.58% ） gt; 含氧有機物 （9.09% ） gt; 硫化物（ （1.47% ） gt; 烷烴 （0.77%） 。前十位VOCs排放組分總計質量分數高達 90% 以上。其中二氯甲烷比例最大，芳香烴中的苯、甲苯、乙苯、二甲苯的含量達到 21% 以上。

生活垃圾焚燒爐（5號源）排放廢氣檢出了44種VOCs，VOCs濃度為 74.0ug/m³ 。排放廢氣VOCs中鹵代烴含量最高，其次為芳香烴，其百分比組成表現為鹵代烴（ 68.29% ） gt; 芳香烴（ 23.12% ） gt; 含氧有機物（4. 25% ） ≈ 烷烴 （4. 04% ） gt; 硫化物L （0.30% ）。前十位VOCs排放組分總計質量分數達到 90% 左右。其中二氯甲烷、1，1-二氯乙烯是生活垃圾焚燒爐的特征物質，占比達到 61% ，可能是因為生活垃圾中存在含有鹵素元素的塑料制品[6]。

表3各固定燃燒源中特征VOCs排放組分

燃石油焦玻璃熔窯（6號源）排放廢氣檢出了43種VOCs，VOCs濃度為 84.8ug/m³ 。排放廢氣VOCs中鹵代烴含量最高，其次為芳香烴，百分比組成表現為鹵代烴（ 63.35% ） gt; 芳香烴 （21.22% ）gt;含氧有機物（ （12.37% ） gt; 硫化物 （2.49% ） gt; 烷烴L （0.58% ）。前十位VOCs組分包含二氯甲烷、1，1-二氯乙烯和甲苯、對/間二甲苯等，其中二氯甲烷比例較大，是其特征物質。

2.4臭氧生成潛勢分析

VOCs種類繁多，對于臭氧生成的貢獻各有不同，不同種類VOCs之間的反應活性甚至相差1個數量級。VOCs的臭氧生成潛勢（OFP）與濃度和反應活性有關，主要的研究方法有等效丙烯濃度、光化學臭氧生成潛勢和最大增量反應活性等，其中最大增量反應活性方法（MIR）可用來辨認高反應活性的物質。計算公式如式（1）：

0PF_i=MIR_i×c_i

式（1）中， OPF_i 為不同VOCs組分 i 的臭氧生成潛勢， μg/m³ MIR_i 為不同 voc_s 組分 χ_i 的最大增量反應活性系數[7]； c_i 為不同VOCs組分 i 的質量濃度， μg/m³ 。

MIR值表征了排放源在不考慮VOCs排放源強度的情況下所生成臭氧的能力，計算公式如式（2）：

式（2）中，MIR為某排放源的最大增量反應活性， x_i 為不同VOCs組分 i 的質量分數。

表2給出了不同燃燒源VOCs的臭氧生成潛勢量、最大增量反應活性，圖3給出了不同燃燒源的VOCs組分對臭氧生成潛勢的貢獻。

臭氧生成潛勢量主要是受MIR值以及VOCs質量濃度影響，因此不同燃燒源之間由于排放濃度差異導致臭氧生成潛勢量差異較大。其中燃天然氣鍋爐（4號源）最高，達到 221μg/m³ ，其次為燃生物質成型燃料鍋爐（3號源），為 176μg/m³ ，而生活垃圾焚燒爐（5號源）最低，為 39.7μg/m³ ，主要是因為排放濃度較低，而其余燃燒源的臭氧生成潛勢量均在 100μg/m³ 左右。

盡管源譜的最大增量反應活性值是按VOCs組分所占質量分數進行計算，不考慮VOCs排放濃度，但各個燃燒源由于燃燒工藝、處理設施的差異導致VOCs組成有所差異，因此最大增量反應活性值也呈現差異性。其中MIR值最高為1號源、3號源，在2左右；最低為2號源，為0.84。說明同一燃料的鍋爐，由于燃燒工藝、處理設施等不同，會造成結果的差異性。

如圖3所示，不管是哪一種類型的燃燒源，芳香烴對臭氧生成潛勢的貢獻最大，貢獻可達 49% ～94% ，這說明芳香烴的光化學反應活性很高，與劉濤[8]的研究一致。

圖3不同固定燃燒源VOCs組分對臭氧生成潛勢的貢獻

3結論

通過對不同燃燒源排放廢氣的研究，發現不同燃燒源廢氣中VOCs的種類和濃度受燃料種類、燃燒工藝、處理設施、運行工況等的影響：其中生活垃圾燒爐檢出的VOCs種類最多，達到44種；燃天然氣鍋爐的VOCs濃度最高，達到 186ug/m³ ：燃煤鍋爐和燃石油焦玻璃熔窯廢氣中VOCs以鹵代烴、芳香烴為主，燃生物質成型燃料鍋爐廢氣中芳香烴、含氧有機物、鹵代烴的含量相當，燃天然氣鍋爐和生活垃圾燒爐廢氣中VOCs以鹵代烴為主；不同燃燒源廢氣的VOCs組分對臭氧生成潛勢貢獻大致相同，其中芳香烴的貢獻最高，達到49%～94% ；臭氧生成潛勢量因受VOCs濃度等影響，不同燃燒源相差較大;而由于VOCs組成差異較大，各燃燒源間的最大增量反應活性值差距較大。

參考文獻：

[1]吳昌達，張春林，白莉，等.生物質成型燃料鍋爐揮發性有機物排放特征[J].環境科學，2017，38（6）：2238-2245.

[2]孫樹睿，關衛省，賈靜，等.脫硫設施對2種燃煤鍋爐排放V0Cs的影響[J].環境工程學報，2021，15（5）：1625-1633.

[3]陳超，劉衛平，湯國鋒，等.燃煤機組煙氣揮發性有機物排放特征[J].潔凈煤技術，2024，30（3）：161-169.

[4]陳娟，程繼雄，曾艷，等.湖北省主要固定燃燒源大氣顆粒物及VOCs排放特征研究[J].安全與環境工程，2016，23（5）：85-91.

[5]潘錦，凡傳明，張曉淳，等.便攜式氣相色譜-質譜聯用儀快速測定固定污染源廢氣中的揮發性有機物[J].廣東化工，2020，47（1） ：115-116;131.

[6]陳少宏，凡傳明，潘錦，等.生活垃圾焚燒爐廢氣污染物排放特征研究[J].環境保護與循環經濟，2021，41（9）：83-86.

[7]CARTER W.Development of the saprc-O7 chemical mechanism and updated ozone reactivity scales[R].California： Centerfor Environmental Research and Technology College of EngineeringUniversityofCalifornia Riverside，2O1O：1-7.

[8]劉濤，沈振興，何昆，等.典型汽修企業VOCs排放特征及對臭氧污染影響研究[J].環境科學學報，2024，44（10）：103-110.

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