不同煤质对锅炉排放废气的影响特征

赵倩，张静，许龙，康晓敏 (陕西省环境科学研究院，陕西 西安 710061)

0 引言

锅炉是工业生产过程中必不可少的主要设备，与人们的日常生活密切相关，被广泛应用于各类生产企业，但同时煤在燃烧过程中将产生大量烟尘、二氧化硫、氮氧化物等大量废气，对我国人体健康、空气质量产生严重影响，环境保护受到人们的重视。据相关统计显示，我国每年将近10亿吨煤炭作为燃料用于燃烧，工业锅炉废气造成的环境污染问题十分突出[1-3]。本次研究分别对三种煤质锅炉大气污染物进行监测，并对锅炉排放的废气进行了分析和探讨，其目的在于分析煤质对锅炉大气污染物排放的影响，有助于合理选择锅炉用煤。在对燃煤锅炉粉尘、二氧化硫和氮氧化物的实际排放监测数据的进行统计与分析的基础上，为控制锅炉大气污染物排放、研究燃煤锅炉在多种煤质条件下产生的大气污染物的排放等具有指导意义。

1 主要内容

分别于三家企业各选择1套燃煤锅炉及湿式除尘脱硫系统，煤质分别采用烟煤、兰炭、混煤。针对三种不同煤质燃烧产生的烟尘、SO2和NOx，进行监测，研究期间各企业监测工况均＞80%。烟尘采样使用崂应3012型烟尘 (气) 测试仪，使用重量法测定；SO2和NOx监测采用崂应3012型烟尘 (气) 测试仪，读取测试仪上各项烟气参数以及烟气中SO2、NOx的浓度值。每个煤种连续监测两天，3次/天，每次采样时间不少于60 min，烟气流量设定为30 L/min。锅炉出口处排放的污染物作为产生量，排气筒处排放的大气污染物作为排放量[4-6]。

2 数据与分析

2.1 不同煤质对大气污染物的影响

2.1.1 烟尘的产生及排放情况

本次研究共采集有效烟尘样品36个，由样品监测结果可知，三种用煤锅炉产生的烟气中烟尘浓度为146.5 mg/m3～ 781.2 mg/m3，排放浓度为 12.3 mg/m3～ 88.8 mg/m3；烟尘产生量为1.1 kg/h～8.4 kg/h，排放量为0.1 kg/h～1.1 kg/h。煤质灰分与烟尘排放浓度相关性分析如图1所示。燃煤锅炉采用的燃煤中的灰分对所排放的大气污染物中烟尘影响较大。

如图1所示，燃烧混煤产生的烟尘浓度和排放量最大，其次为烟煤，兰炭烟尘排放量最小。

图1 烟尘排放浓度与燃煤中灰分关系

图2 SO2排放浓度与含硫量关系

2.1.2 SO2的产生及排放情况

本次研究共取得SO2有效监测数据36个，由样品监测结果可知，SO2产生浓度为358 mg/m3～651 mg/m3，产 生 量 为2.14 kg/h～8.98 kg/h；SO2排 放 浓 度 为130 mg/m3～328 mg/m3，排放量为1.15 kg/h～3.86 kg/h。

锅炉烟气中SO2浓度与燃煤含硫量有直接关系，二者间的相关性如图2所示。锅炉烟气中SO2排放浓度与燃煤含硫量有很好的相关性。含硫量与SO2浓度成正比关系。

由图2可知，该三种煤质燃烧产生的烟气中SO2含量浓度关系为：混煤＞烟煤＞兰炭，与煤种含硫量关系基本一致。

2.1.3 NOx的产生及排放情况

本分析共取得NOx有效监测数据36个，由样品监测结果可知，NOx产生浓度为258 mg/m3～466 mg/m3，产 生 量 为1.41 kg/h～5.57 kg/h；NOx排 放 浓 度 为182 mg/m3～436 mg/m3，排放量为1.09 kg/h～5.32 kg/h。由此看出，燃煤中氮含量对NOx的排放浓度和排放量有一定的影响。氮元素在不同条件下的反应机理和转化方式非常复杂[7]。

为进一步了解锅炉烟气中NOx浓度与燃煤中含氮量之间的相互关系，对二者进行相关性分析，结果如图3所示。

由图3可知，锅炉烟气中NOx的排放量与燃煤中的氮含量之间虽有一定相互关系，实验工况、燃烧温度等对其产生量也存在一定的影响，工况条件含氧量不同，锅炉产生的NOx浓度也会受影响。同时还应考虑与其他因素有关，如锅炉类型、煤质等。

图3 NOx排放浓度与燃氮含量之间的关系

2.2 排污系数计算

参照《第一次全国污染源普查工业污染源产排污系数手册》，根据本次研究中燃煤锅炉产生的大气污染物排放量、燃煤量等数据，计算得出不同煤质产生的污染物的排污系数。采用烟煤作为燃料时，烟气排污系数为31391 m3/t；采用兰炭作为燃料时，烟气排污系数为14194 m3/t；采用烟煤作为燃料时，烟气排污系数为21536 m3/t。锅炉燃烧混煤产生的废气排放量与《手册》计算结果基本一致，烟煤产生的烟气量偏大 (达正常水平的1.5倍)，兰炭产生的烟气量偏小。

烟煤烟尘排污系数与污染源普查系数相比，二者相差较大，分析考虑主要与除尘设施的处理效果有关；兰炭烟尘排污系数在污染源普查系数合理范围内。实验所得三类煤质产生的烟气中SO2排污系数分别为1.45 kg/t～1.70 kg/t(烟煤)、1.17 kg/t～ 1.47 kg/t(兰炭 )、5.02 kg/t～ 6.21 kg/t(混煤 )，符合《手册》中的结果。实验所得三类煤质产生的烟气中NOx排污系数分别为1.96 kg/t～3.23 kg/t(烟煤)、2.66 kg/t～4.64 kg/t(兰炭)、3.41 kg/t～7.38 kg/t(混煤)，其中除混煤偏高以外，烟煤、兰炭均在污染源普查系数合理范围内[8]。

3 结论

(1)煤质与燃煤废气中的灰分具有正相关的关系，SO2浓度与燃煤的含硫量呈正相关关系，煤质中的灰分和烟尘浓度成正比关系。燃煤含硫量越大，锅炉产生的烟气中SO2浓度则越高。

(2)本次实验表明燃煤的含氮量对NOx的影响不大，燃煤锅炉产生的NOx浓度与燃煤本身含氮量相关性一般。此方面相关机理和影响关系有待于进一步的探讨与研究。

(3)从排污系数角度来看，实验所得排污系数与第一次污染普查系数相比，除烟尘的排污系数小于全国污染源普查系数以外，烟气量、二氧化硫、氮氧化物的排污系数与 《手册》中污染源普查系数结果基本一致，故本次实验比较成功， 数据结果合理可信。

4 结语

随着社会经济的快速发展，工业化程度逐渐加深，环境问题日益突出，大气污染源中以工业锅炉排放废气为主。通过降低锅炉烟气中污染物排放浓度、排放量，能够有效的减少环境空气污染，促进和谐社会的构建，为环境保护部门日常环境管理提供有效的技术依据。目前，我国对于锅炉烟尘烟气监测已经颁布了成熟的技术指导导则和规范，但在具体实施中仍存在不足。监测数据的准确可靠性是减少烟尘、烟气排放的重要依据，废气监测需要较高的技术支撑，与国外监测技术相比，我国该项技术相对落后，致使工业企业废气监测工作中时常出现监测漏洞。建议行业提高监测人员的专业技术基础和实践经验，不断提高加强锅炉监测过程中各技术环节的质量控制，从而保证真实准确地反映锅炉实际排放状况。