不同煤質(zhì)對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)境科學研究院，陜西 西安 710061)

0 引言

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的主要設備，與人們的日常生活密切相關(guān)，被廣泛應用于各類生產(chǎn)企業(yè)，但同時煤在燃燒過程中將產(chǎn)生大量煙塵、二氧化硫、氮氧化物等大量廢氣，對我國人體健康、空氣質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響，環(huán)境保護受到人們的重視。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，我國每年將近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)境污染問題十分突出[1-3]。本次研究分別對三種煤質(zhì)鍋爐大氣污染物進行監(jiān)測，并對鍋爐排放的廢氣進行了分析和探討，其目的在于分析煤質(zhì)對鍋爐大氣污染物排放的影響，有助于合理選擇鍋爐用煤。在對燃煤鍋爐粉塵、二氧化硫和氮氧化物的實際排放監(jiān)測數(shù)據(jù)的進行統(tǒng)計與分析的基礎上，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。針對三種不同煤質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙塵、SO2和NOx，進行監(jiān)測，研究期間各企業(yè)監(jiān)測工況均＞80%。煙塵采樣使用嶗應3012型煙塵 (氣) 測試儀，使用重量法測定；SO2和NOx監(jiān)測采用嶗應3012型煙塵 (氣) 測試儀，讀取測試儀上各項煙氣參數(shù)以及煙氣中SO2、NOx的濃度值。每個煤種連續(xù)監(jiān)測兩天，3次/天，每次采樣時間不少于60 min，煙氣流量設定為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，由樣品監(jiān)測結(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)測數(shù)據(jù)36個，由樣品監(jiān)測結(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)測數(shù)據(jù)36個，由樣品監(jiān)測結(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機理和轉(zhuǎn)化方式非常復雜[7]。

為進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，對二者進行相關(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，實驗工況、燃燒溫度等對其產(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濃度也會受影響。同時還應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)計算

參照《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》，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，煙氣排污系數(shù)為31391 m3/t；采用蘭炭作為燃料時，煙氣排污系數(shù)為14194 m3/t；采用煙煤作為燃料時，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》計算結(jié)果基本一致，煙煤產(chǎn)生的煙氣量偏大 (達正常水平的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)。實驗所得三類煤質(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》中的結(jié)果。實驗所得三類煤質(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)本次實驗表明燃煤的含氮量對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)機理和影響關(guān)系有待于進一步的探討與研究。

(3)從排污系數(shù)角度來看，實驗所得排污系數(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》中污染源普查系數(shù)結(jié)果基本一致，故本次實驗比較成功， 數(shù)據(jù)結(jié)果合理可信。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)化程度逐漸加深，環(huán)境問題日益突出，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，促進和諧社會的構(gòu)建，為環(huán)境保護部門日常環(huán)境管理提供有效的技術(shù)依據(jù)。目前，我國對于鍋爐煙塵煙氣監(jiān)測已經(jīng)頒布了成熟的技術(shù)指導導則和規(guī)范，但在具體實施中仍存在不足。監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確可靠性是減少煙塵、煙氣排放的重要依據(jù)，廢氣監(jiān)測需要較高的技術(shù)支撐，與國外監(jiān)測技術(shù)相比，我國該項技術(shù)相對落后，致使工業(yè)企業(yè)廢氣監(jiān)測工作中時常出現(xiàn)監(jiān)測漏洞。建議行業(yè)提高監(jiān)測人員的專業(yè)技術(shù)基礎和實踐經(jīng)驗，不斷提高加強鍋爐監(jiān)測過程中各技術(shù)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，從而保證真實準確地反映鍋爐實際排放狀況。