浅谈木竹燃料锅炉烟气污染物排污费的计算

邵武市环境监察大队 张 森

邵武市地处福建省西北部，闽北山区，武夷山南麓，闽江支流富屯溪中上游。全市林业用地面积231533公顷，占土地总面积的81%，辖区内有大量林产加工企业。随着邵武市林产加工业的迅速发展，以木、竹为加工原料的企业常常产生大量的木、竹废料，诸如锯竹木粉屑、刨花、木竹材边条、碎木竹片(块)等。为提高企业的综合效益，绝大部分企业都把这些木竹废料作为锅炉燃料以产生蒸汽用于生产。科学准确地计算此类锅炉的污染物排放量，对于山区环保系统全面、足额征收排污费有着重要意义。这一课题的研究，大大推动了我市排污核定和排污费征收工作，目前已在南平市范围内推广。

本文首先通过资料调查，了解木、竹燃料的燃烧特性；然后选取不同蒸发量的锅炉进行现场调查，对不同燃料进行现场采样，测定热值和含硫量；最后根据锅炉和燃料情况，通过物料衡算法，利用产排污系数，得出这类烟气污染物排放量，从而计算这类烟气污染物排污费。

1 木竹燃料的燃烧特性

木竹燃料主要是木竹加工企业生产过程中产生的糠、屑、边条、碎片（块）等。燃烧热值一般为10.46～14.64MJ／kg（即2500～3500大卡）。这种燃料的特性是：

①水分含量高，常可达30%～60%；

②含碳量较少，含固定碳更少，因此不抗烧，热值较低；

③氢含量较多，挥发份高，干燥后的木材废料约75%～85%属挥发物；

④氧含量很高，使得燃料热值较低，但易于引燃；

⑤含硫量低；

⑥灰份含量很少；

⑦密度小，质地比较疏松。

木竹燃料虽然有多种不同的形式，但彼此的化学成分基本相同。它们在炉子中的燃烧特性彼此差别很大，影响燃烧的主要因素是水分及形状。木竹废料的形状同时还影响其在炉子中燃烧过程有关的许多因素，如燃料单位容积的重量、在炉子中燃烧的移动特性、燃料层对于空气的渗透性等。木竹燃料是高水分、高挥发分燃料。在燃烧的开始阶段挥发分大量析出，此时需要大量的空气用于燃烧。若空气供应不足，混合不好，气体不完全燃烧，热量损失将急剧增加，加之送料不能均匀分布，火床不平整，漏风率大，也会增加热量损失，因而降低燃烧效率。水分对燃烧特性的影响很大，只有水分蒸发以后，木材才能燃烧。当木材含水率很高时，水分蒸发需要大量热量，湿木材在床层表面很难着火(或着火推迟)，不能及时燃尽，使燃烧不稳定，固体不完全燃烧的损失热量增加，燃烧不稳定导致运行不稳定。

2 锅炉热效率及燃料热值

2.1 锅炉热效率的确定

锅炉热效率是指锅炉有效利用热量与单位时间内锅炉的输入热量的百分比，也称为锅炉效率，用η表示，它是表明锅炉热经济性的指标。一般工业燃煤锅炉热效率在 60%～82%左右。就邵武市目前情况看，绝大多数燃木竹废料锅炉都是手烧炉，且是直接由燃煤锅炉改造而成，改造的锅炉普遍存在炉膛的容积、形状、锅炉的配风等与木材废料的燃烧特性不匹配，致使锅炉存在燃烧不稳定、燃烧效率及热效率低、污染排放超标等缺陷。

手烧炉是层燃炉中构造最简单的一种，也是邵武市小微型企业使用最为普遍的锅炉。但此类锅炉热效率低，有以下两个方面因素，其一，燃料层厚度不固定。当新燃料投入炉内时，燃料层最厚，随着燃料的燃烧，燃料层逐渐变薄，继而又投入新燃料。由于进风量没有相应变化，因而空气供需量不平衡。加燃料时，打开炉门，这时大量冷空气从炉门冲入炉内，使炉膛温度下降，原炉膛内负压状态受到破坏，炉排下的空气难以进入燃烧区，这时又正好加新燃料，燃料层增厚，从而使燃烧情况恶化。随着燃料的燃烧，燃料层逐渐变薄，从炉排下进入炉内的空气量就逐渐增多，这时进入炉内的空气穿透燃料层，使炉温局部偏低，加上炉子结构不完善等原因使相当数量的空气未能参加燃烧；其二，挥发份难以充分燃烧。新燃料投入炉膛内，迅速加热、烘干。在这过程中，大量析出挥发物，这时参与燃烧的有效空气量远远满足不了燃烧的需要，挥发物在高温缺氧的情况下裂变成极细的碳黑而随烟气进入烟囱，排入大气，形成浓浓黑烟。木竹燃料手烧炉参照表1“劣质煤”Ⅰ锅炉热效率。

表1 锅炉热效率表

2.2 燃料热值及含硫量测定

为准确进行物料衡算，计算锅炉烟气污染物排放量，选取邵武市7家有代表性的使用木竹燃料锅炉的企业所用燃料进行采样，对所采集的9个样本，根据《固体生物质燃料发热量测定方法》（GBT 30727-2014），采用氧弹式量热法，使用自动氧弹热量计进行热值测定，使用红外定硫仪测定固体样品中全硫含量，并进行数据分析。见表2。

表2 邵武市竹、木下脚料燃烧热值测定结果分析表

根据测定结果，可以将燃料按照全水分含量分为较干燃料和较湿燃料两种，全水分含量小于50%即为较干燃料，其燃烧低位热值介于11.45～13.76MJ/kg（2739～3292kcal/kg），平均值12.12MJ/kg（2900kcal/kg）；全水分含量大于50%即为较湿燃料，其燃烧低位热值介于4.87～5.85MJ/kg（1165～1400kcal/kg），平均值 5.434MJ/kg（1300kcal/kg）。木竹燃料含硫量都很低，在 0.02%～0.05%之间，核定取平均值0.03%。

3 烟气污染物排污费计算

3.1 燃料用量计算

式中，B —— 锅炉燃料耗量（kg/h）；D —— 锅炉每小时的产汽量（kg/h）；QL—— 燃料的低位发热值（kJ/kg）；η —— 锅炉效率（%）；i″ —— 蒸汽热焓（kJ/kg）；i′ ——给水焓（kJ/kg）。

根据锅炉的工作压力，查询水在该压力状态下的沸点，查询《饱和水的热物理性质》和《干饱和水蒸气的热物理性质》，得到焓变量，进而计算出燃料消耗值。

3.2 排污系数的确定

根据《生物质工业锅炉产排污系数表》确定排污系数。见表3。

表3 生物质工业锅炉（热力生产和供应行业）产排污系数表

3.3 木竹燃料锅炉烟气污染物排放量计算示例

例：1台 2吨燃木、竹下脚料锅炉，日常工作压力为0.6MPa，燃料经现场核查，较干，末端采用多筒旋风除尘，计算该锅炉生产过程中的污染物排放量。

①查《水在不同压力下的沸点表》，0.6MPa蒸汽温度为158.1 ℃；

②查《干饱和水蒸汽的热物理性质表》，可以近视取值当蒸汽温度为160℃时，蒸汽热焓i″＝ 2756.6 kJ/kg；

③对于邵武地区，平均给水温度取20℃。查《饱和水的热物理性质表》，给水焓i′＝83.91 kJ/kg 。

④根据邵武市《竹、木下脚料燃烧热值测定结果分析表》，较干燃料低位热值核定取值QL＝12.12 MJ/kg（2900 kcal/kg），含硫量取0.03% ；

⑤查《锅炉热效率表》，手烧炉效率取62% ；

⑥计算该锅炉燃料使用量：

⑦查《生物质工业锅炉产排污系数表》，根据不同除尘器类型计算烟尘、二氧化硫和氮氧化物排污量。

洗选加工是我国洁净煤技术的基础，也是实现可持续发展的重要环节。国家对选煤技术和设备的科研经费投入不足，缺乏煤炭加工转化科技攻关项目和高新技术扶持政策。目前，我国大型、特大型选煤厂的主要关键装备还有50%左右需要整机进口，大大落后于煤炭行业生产装备国产化水平。大型、特大型选煤厂的主要关键装备严重制约了我国向选煤强国迈进的步伐。

工业废气量：6552.28m3/t -原料×0.711 t/h＝4658.7 m3/h

烟尘排放量：11.28kg/t -原料×0.711 t/h＝8.0 kg/h

二氧化硫排放量：（17×0.03）kg/t -原料×0.711 t/h＝0.36 kg/h

氮氧化物排放量：1.02kg/t -原料×0.711 t/h＝0.73 kg/h

3.4 烟气污染物排污费计算

根据《排污费征收标准管理办法》，通过前面计算得到的污染物排放量数据，可以计算得到该锅炉运行过程中污染物排放当量（二氧化硫0.95千克，氮氧化物0.95千克，烟尘2.18千克），每一污染当量征收标准为0.6元。

排污费计算如下：

二氧化硫排污费：0.36 kg/h÷0.95kg×0.6元＝0.23元/h

氮氧化物排污费：0.73 kg/h÷0.95kg×0.6元＝0.46元/h

通过现场调查企业锅炉每月使用时间，可以较为准确地按月或按季度征收排污费。

[1] 吴荫津.木材废料燃烧分析及锅炉结构简介[J]. 装备制造技术，2008(10)：122-123.

[2] 孙军，邹玲.木废料燃烧过程及其影响因素分析[J]. 工业锅炉，2002(6)：24-27.

[3] 国家环境保护总局编.排污申报登记实用手册[M]. 北京：中国环境科学出版社，2004.

[4] 国务院第一次全国污染源普查领导小组办公室.第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册（第十分册）[EB/OL]. http://www.doc88.com/p-5823047027542.html