煤質對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、工業生產中發揮著重要作用，通常使用燃料包括了生物質燃料、天然氣、煤等。本文從煤燃料的角度出發采用科學試驗方法，介紹了實驗裝置，闡述了樣品采集與數據處理方法，分析了不同煤質及其對燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響。

關鍵詞：煤質;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，煤質只是其中的一種。從煤質的構成要素看，主要包括了對其全水分含量、灰分、揮發分、硫含量、氫含量、炭含量、氮含量、干基高位發熱量、基低位發熱量等。從煤質對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，對大氣污染物排放量的計算方法，通常以監測數據法、物料衡算法、產排污系數法等為主。下面結合實驗方法展開分析。

1、某煤化工企業大氣污染物排放監測概況

以某煤化工企業為例，采用自然循環π型布置固態排渣煤粉鍋爐，設計煤種為陜西彬長煤，實際原料以：檸條塔、紅柳林、張家峁、小堡當、曹家灘煤礦為主。

在鍋爐大氣污染物排放量監測方面，該企業嚴格按照企業自主型環境影響評價辦法中的大氣環境監測方案，選用了嶗應3012H型自動煙塵（氣）測試儀、嶗應3072H型智能雙路煙氣采樣器、英國凱恩KM9106型綜合煙氣分析儀等，對不同煤質燃燒后產生的煙塵、硫化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOx）進行了收集，每周收集3次取平均值，共收集2周。結果顯示，三個主要煤種與摻燒煤焦粉中的煤質主要構成要素的含量如下：（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）干基高位發熱量：30753kJ/kg～23515 kJ/kg;（8）基低位發熱量：26402 kJ/kg～19582 kJ/kg。

2、煤質對燃燒鍋爐大氣污染物排放量的影響

通常情況下，當煤質較好時燃燒相對充分，燃燒產生的熱量較大。雖然在燃燒過程中會受到煤種設計、鼓風量、燃燒溫度等多種因素的影響，但是，隨著本企業對工業設計思想的有效運用，增加了燃燒煤種研發設計環節的資源配置，通常能夠達到預期的設計目標。所以對燃燒鍋爐大氣污染物排放量影響方面，與煤質存在密切關聯。就目前的研究成果與實踐經驗看，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。分述如下：

2.1對煙塵的影響

（1）排放量相關數據

對收集到的48個煙塵樣品進行廠內檢測，結果顯示：（1）煙塵產生濃度：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

當燃煤中的灰分含量增加時會降低可燃成分，進而減少發熱量。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關系，其回歸方程為y=0.5324x-8.7441（R值為0.9432）。同時，灰分對煙塵產生影響的過程中摻燒了煤焦粉，其粒徑與體積分數如下：（1）粒徑在0～20μm，體積分數為2.06%;（2）粒徑在20～50μm時，體積分數為7.91%;（3）粒徑在50～90μm時，體積分數為9.84%;（4）粒徑在90～120μm時，體積分數為7.58%;（5）粒徑在0～20μm時，體積分數為34.41%;（6）粒徑>220μm時，體積分數為38.20%。粒度相對較小，煙塵產生量、排放量相對較大。因此，在實際的燃燒過程中，鍋爐容易受到磨損，也會增加積灰，嚴重時可以結焦。

2.2對硫化物的影響

（1）排放量相關數據

本次監測中的硫化物包括了SO2、SO3，其中，在總煙氣含量中SO3的含量相對較少，濃度較低，三個主要煤種與煤焦粉的燃燒時的監測結果顯示，其濃度范圍僅在0.0016 mg/m3～0.0005 mg/m3。而且，產生濃度、排放濃度方面均比較小。與之相比，SO2的濃度相對較高。對SO2排放情況進行監測，獲取監測數據共計30組，其中24組（占到80%比例）屬于有效監測數據，統計結果顯示：（1）SO2的產生濃度：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性，對其數據進行回歸分析，回歸方程為y=0.0016x+0.2242（R值為0.9915）。由此可見，當含硫量較大時，SO2的濃度增加，反之則減少。該企業燃燒時均屬于高溫燃燒，在這種情況下，燃煤中的硫分會與氧氣發生化學反應，生成二氧化硫。當其燃燒不充分時，會生成SO2，因此它的濃度會相對較加，反之則可以得到較好的控制。

2.3對氮氧化物的影響

（1）排放量相關數據

本次監測中，NOx與SO2的統計數據組別一致、數量一樣，有效監測數據共計24組（達到總量30組的80%比例），監測統計與分析結果顯示：（1）NOx的產生濃度：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中的含氮量存在相關性，對其數據進行回歸分析，回歸方程為y=0.0002x+0.6857（R值為0.1556）?？梢钥闯?，其中的含氮量影響作用相對較小?？紤]到氮氧化物產生機理與燃煤鍋爐的類型、燃燒溫度設置、煤種煤質、實驗方案等存在關聯，具有一定的復雜性，因此需要對其產生機理與影響條件做進一步研究。

結束語

總之，在我國各行業諸領域進入高質量發展階段后，結合生態文明思想增強了對燃燒鍋爐大氣污染物排放量的管理，因此有必要增強對煤質影響因素的研究。通過以上初步分析可以看出，煤質影響類型相對較多，利用科學實驗方法能夠定性、定量的實現對其影響因素的分析。因此建議在搞清楚煤質影響要素、方式、途徑的情況下，增強對煤質的選擇、燃燒控制，降低其影響。

參考文獻

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