煤質(zhì)對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響

黨丹 王文冠

摘? 要：燃燒鍋爐在人們的日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，通常使用燃料包括了生物質(zhì)燃料、天然氣、煤等。本文從煤燃料的角度出發(fā)采用科學(xué)試驗(yàn)方法，介紹了實(shí)驗(yàn)裝置，闡述了樣品采集與數(shù)據(jù)處理方法，分析了不同煤質(zhì)及其對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì);燃燒鍋爐;大氣污染物;排放量;影響

在燃煤鍋爐使用過程中，會(huì)排放大量煙氣，其中包括多種影響大氣污染物排放量的物質(zhì)，煤質(zhì)只是其中的一種。從煤質(zhì)的構(gòu)成要素看，主要包括了對(duì)其全水分含量、灰分、揮發(fā)分、硫含量、氫含量、炭含量、氮含量、干基高位發(fā)熱量、基低位發(fā)熱量等。從煤質(zhì)對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響看，其影響集中在煙塵、硫化物、氮氧化物等方面。目前，對(duì)大氣污染物排放量的計(jì)算方法，通常以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)法、物料衡算法、產(chǎn)排污系數(shù)法等為主。下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法展開分析。

1、某煤化工企業(yè)大氣污染物排放監(jiān)測(cè)概況

以某煤化工企業(yè)為例，采用自然循環(huán)π型布置固態(tài)排渣煤粉鍋爐，設(shè)計(jì)煤種為陜西彬長(zhǎng)煤，實(shí)際原料以：檸條塔、紅柳林、張家峁、小堡當(dāng)、曹家灘煤礦為主。

在鍋爐大氣污染物排放量監(jiān)測(cè)方面，該企業(yè)嚴(yán)格按照企業(yè)自主型環(huán)境影響評(píng)價(jià)辦法中的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方案，選用了嶗應(yīng)3012H型自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀、嶗應(yīng)3072H型智能雙路煙氣采樣器、英國(guó)凱恩KM9106型綜合煙氣分析儀等，對(duì)不同煤質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的煙塵、硫化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOx）進(jìn)行了收集，每周收集3次取平均值，共收集2周。結(jié)果顯示，三個(gè)主要煤種與摻燒煤焦粉中的煤質(zhì)主要構(gòu)成要素的含量如下：（1）全水分含量：16.3%～3.7%;（2）灰分：29.83%～3.38%;（3）揮發(fā)分：29.67%～7.49;（4）硫含量：2.47%～0.27%;（5）氫含量：3.45%～1.55%;（6）炭含量：82.77%～58.15%;（7）干基高位發(fā)熱量：30753kJ/kg～23515 kJ/kg;（8）基低位發(fā)熱量：26402 kJ/kg～19582 kJ/kg。

2、煤質(zhì)對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響

通常情況下，當(dāng)煤質(zhì)較好時(shí)燃燒相對(duì)充分，燃燒產(chǎn)生的熱量較大。雖然在燃燒過程中會(huì)受到煤種設(shè)計(jì)、鼓風(fēng)量、燃燒溫度等多種因素的影響，但是，隨著本企業(yè)對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)思想的有效運(yùn)用，增加了燃燒煤種研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的資源配置，通常能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。所以對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量影響方面，與煤質(zhì)存在密切關(guān)聯(lián)。就目前的研究成果與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，燃燒鍋爐排放的大氣污染物主要為煙氣，而煙氣中混合硫化物、氮氧化物等各種有害物質(zhì)。分述如下：

2.1對(duì)煙塵的影響

（1）排放量相關(guān)數(shù)據(jù)

對(duì)收集到的48個(gè)煙塵樣品進(jìn)行廠內(nèi)檢測(cè)，結(jié)果顯示：（1）煙塵產(chǎn)生濃度：3635mg/m3～328.87 mg/m3;（2）煙塵排放濃度：72.92 mg/m3～28.98 mg/m3;（3）煙塵產(chǎn)生量：11.8kg/h～0.71 kg/h;（4）煙塵排放量：0.32 kg/h～0.07 kg/h。

（2）原因分析

當(dāng)燃煤中的灰分含量增加時(shí)會(huì)降低可燃成分，進(jìn)而減少發(fā)熱量。在該鍋爐中煙塵排放濃度與原料煤、煤焦粉中的灰分之間存在正相關(guān)關(guān)系，其回歸方程為y=0.5324x-8.7441（R值為0.9432）。同時(shí)，灰分對(duì)煙塵產(chǎn)生影響的過程中摻燒了煤焦粉，其粒徑與體積分?jǐn)?shù)如下：（1）粒徑在0～20μm，體積分?jǐn)?shù)為2.06%;（2）粒徑在20～50μm時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為7.91%;（3）粒徑在50～90μm時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為9.84%;（4）粒徑在90～120μm時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為7.58%;（5）粒徑在0～20μm時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為34.41%;（6）粒徑>220μm時(shí)，體積分?jǐn)?shù)為38.20%。粒度相對(duì)較小，煙塵產(chǎn)生量、排放量相對(duì)較大。因此，在實(shí)際的燃燒過程中，鍋爐容易受到磨損，也會(huì)增加積灰，嚴(yán)重時(shí)可以結(jié)焦。

2.2對(duì)硫化物的影響

（1）排放量相關(guān)數(shù)據(jù)

本次監(jiān)測(cè)中的硫化物包括了SO2、SO3，其中，在總煙氣含量中SO3的含量相對(duì)較少，濃度較低，三個(gè)主要煤種與煤焦粉的燃燒時(shí)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，其濃度范圍僅在0.0016 mg/m3～0.0005 mg/m3。而且，產(chǎn)生濃度、排放濃度方面均比較小。與之相比，SO2的濃度相對(duì)較高。對(duì)SO2排放情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共計(jì)30組，其中24組（占到80%比例）屬于有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：（1）SO2的產(chǎn)生濃度：3566 mg/m3～198 mg/m3;（2）SO2的排放濃度：1444 mg/m3～68 mg/m3;（3）SO2的產(chǎn)生量：16.22 kg/h～0.84 kg/h;（4）SO2的排放量：7.52 kg/h～0.33 kg/h。

（2）原因分析

含硫量與鍋爐煙氣中的硫化物濃度存在相關(guān)性，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，回歸方程為y=0.0016x+0.2242（R值為0.9915）。由此可見，當(dāng)含硫量較大時(shí)，SO2的濃度增加，反之則減少。該企業(yè)燃燒時(shí)均屬于高溫燃燒，在這種情況下，燃煤中的硫分會(huì)與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化硫。當(dāng)其燃燒不充分時(shí)，會(huì)生成SO2，因此它的濃度會(huì)相對(duì)較加，反之則可以得到較好的控制。

2.3對(duì)氮氧化物的影響

（1）排放量相關(guān)數(shù)據(jù)

本次監(jiān)測(cè)中，NOx與SO2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)組別一致、數(shù)量一樣，有效監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共計(jì)24組（達(dá)到總量30組的80%比例），監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)與分析結(jié)果顯示：（1）NOx的產(chǎn)生濃度：375 mg/m3～174 mg/m3;（2）NOx的排放濃度：372 mg/m3～158 mg/m3;（3）NOx的產(chǎn)生量：1.68 kg/h～0.74 kg/h;（4）NOx的排放量：1.92 kg/h～0.68 kg/h。

（2）原因分析

氮氧化物的排放濃度與排放量與煤質(zhì)中的含氮量存在相關(guān)性，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，回歸方程為y=0.0002x+0.6857（R值為0.1556）。可以看出，其中的含氮量影響作用相對(duì)較小。考慮到氮氧化物產(chǎn)生機(jī)理與燃煤鍋爐的類型、燃燒溫度設(shè)置、煤種煤質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方案等存在關(guān)聯(lián)，具有一定的復(fù)雜性，因此需要對(duì)其產(chǎn)生機(jī)理與影響條件做進(jìn)一步研究。

結(jié)束語(yǔ)

總之，在我國(guó)各行業(yè)諸領(lǐng)域進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段后，結(jié)合生態(tài)文明思想增強(qiáng)了對(duì)燃燒鍋爐大氣污染物排放量的管理，因此有必要增強(qiáng)對(duì)煤質(zhì)影響因素的研究。通過以上初步分析可以看出，煤質(zhì)影響類型相對(duì)較多，利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法能夠定性、定量的實(shí)現(xiàn)對(duì)其影響因素的分析。因此建議在搞清楚煤質(zhì)影響要素、方式、途徑的情況下，增強(qiáng)對(duì)煤質(zhì)的選擇、燃燒控制，降低其影響。

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