含湿量测量法用于锅炉主要污染物总量减排监测技术研究

梁伟（天津市环境监测中心天津300191）

含湿量测量法用于锅炉主要污染物总量减排监测技术研究

梁伟（天津市环境监测中心天津300191）

介绍了利用含湿量法核算监测锅炉实际燃煤量的方法，进而导出二氧化硫排放系数。解决不适应安装在线监测的小型锅炉污染物总量排放问题，对二氧化硫总量减排核定提供技术支持。

二氧化硫含湿量排放系数

0 引言

污染物总量减排是我国“十一五”期间环境保护工作的重要举措。总量减排核定主要依据《主要污染物总量减排监测方法》、《主要污染物总量减排统计方法》，具体监测方法包括污染源自动监测和监督性监测，前者在国控重点污染源已经实现，但在市控和小型锅炉污染源还是依靠监督性手工监测和统计方法进行核算。由于统计方法采用平均参数进行统计，在反应区域排放总量方面具有较高的准确性，但由于锅炉个体的差异，更好的方法还是实施实际监测。目前应用的手工监测方法只反应监测期间实际排放量，不能给出锅炉排污性能（排放系数）指标。而依据单次监测结果推算排放水平，还需要精确锅炉运行负荷的核算。如果将短时间手工监测方法提升为锅炉的实际排放系数测量，将会进一步明确锅炉污染物排放性能，简化总量核查的程序，提高核算的准确性。

1 含湿量法测量燃煤量原理

煤在燃烧过程中将产生定量的水蒸汽排放，这些水蒸汽来源于煤的内水和外水蒸发及煤中氢元素氧化反应生成。此外，锅炉鼓引风机驱动进入锅炉的空气也带来自身含有的水分，所以锅炉烟气的含水量应由这4部分组成。由于烟气中的含湿量是可测量的，煤中含水量、氢元素含量可通过煤的工业分析得到，而单位时间燃煤量和水蒸汽产生量可通过以下（1）到（3）式确定，因此可通过现场监测和煤的工业分析结果计算出监测期间煤的实际燃烧量，再根据排污系数的定义导出污染物排放系数。具体分析过程如下：

每公斤煤中水份带来的标态水蒸汽容积：

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。

每公斤煤中氢燃烧生成的标态水蒸汽容积：

式中：

Hf——煤分析基氢元素含量（%）；

V′水蒸汽——氢元素氧化后生成的水量，Nm3/kg。

空气带入水蒸汽量：

设1 kg干空气中含有的水蒸汽为d（kg/kg），干空气的密度是1.293 kg/Nm3，标态水蒸汽的密度为18/22.4=0.804 kg/Nm3，每Nm3干空气中所含水蒸汽的容积应为：

式中：

D——为1 kg湿空气中含水量，kg；

V〞水蒸汽——每立方米标态干空气带来的水蒸气体积，Nm3。

在一个监测周期中当燃烧了G公斤煤时，烟气中排放的水容量由下式确定：

式中：

Qsnd——标态干烟气排放量，Nm3/h；

T——在监测周期内燃煤G公斤所用的时间，h；

VH2O——烟气中排放的标态水蒸汽的量，Nm3。

烟气中水含湿量可通过（5）式计算：

整理（4）、（5）式得到（6）式:

式中Wf、Hf可通过煤“工业分析”得到。

2 实验结果及分析

2.1 实验结果

烟气含湿量（Xsw）采用《空气和废气监测分析方法》第5篇冷凝法监测；同时测定烟气平均排放量（Qsnd）、二氧化硫排放量（G）；用减量法两次称量煤重，得到监测期间锅炉耗煤量W（用于验证含湿量监测法得到的煤重量）；并将煤样进行工业分析得到Wf、Hf，两周期的监测结果分别见表1、表2。

表1 称重法排污系数现场监测结果

表2 含湿量测量法排污系数现场监测结果

2.2 实验结果分析

使用含湿量测量煤耗量方法具有一定的可操作性和实用价值。由于现场只需测量烟气风量、含湿量，不需要计量耗煤量，因此可简化操作，适用于各种炉型的监测需要。由表2可见，一周期煤称重法和含湿量测量法得到的煤消耗量相对误差为10.2%，二周期煤称重法和含湿量测量法相对误差为10.3%。煤样采集后存放时间过长，有失水现象，因此煤样保水是提高准确度的关键。两周期监测的排放系数相对误差分别为-9.25%、-11.76%。

3 结论

对于一个具体的锅炉和脱硫系统，在一定时段内当煤种、操作方式不改变的条件下，其二氧化硫排放量仅与煤的消耗量有关，以往的锅炉排放系数计算法，正是利用该规律建立的统计方法。但是，在进行二氧化硫统计时常常利用排放系数均值测算锅炉的二氧化硫排放总量，由于个体的差异、煤种的变化、设备的新老程度不同，二氧化硫转化率具有出入，必然出现个体特征性和总体平均水平的差异。最理想的测算方法还是实际测量锅炉排放系数，再根据企业实际使用煤种工业分析指标和某时段煤的用煤量测算锅炉二氧化硫实际排放量。本文正是出于这种观点，利用以往课题研究成果，介绍了“含湿量测量法测量锅炉二氧化硫排放系数”的监测方法。该方法具有实际意义，对于已安装脱硫设备的锅炉，可在测量锅炉排放系数的同时测量脱硫设备的脱硫效率，即可得到锅炉的实际二氧化硫排放量。该方法可广泛满足二氧化硫总量减排监测的需求，同时也可用于锅炉运行负荷的测量和其他锅炉大气污染物的监测。■

[1]陈听宽.锅炉原理（上册）［M］.北京：机械工业出版社，1989：49-63.

[2]国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》编委会编.空气和废气监测分析方法(第四版增补版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2008：346-350.

2011-01-08