工业链条炉燃用型煤与原煤颗粒物排放特征

朱玲，闫荣馨，王同健

(天津市环境监测中心，天津 300191)

工业链条炉燃用型煤与原煤颗粒物排放特征

朱玲，闫荣馨*，王同健

(天津市环境监测中心，天津 300191)

选取燃烧型煤和原煤的典型链条炉，应用自行设计的固定源烟气颗粒物稀释采样系统，现场测试细颗粒物PM2.5、PM10和金属元素的排放特征。结果表明，型煤燃烧细颗粒物的排放比例高于原煤，型煤燃烧除尘器进口、出口PM2.5质量比原煤燃烧分别增加715%和708%。燃烧型煤时，As和Pb在各粒径段的质量比均比原煤大。同时，由于型煤燃烧可吸入颗粒物的排放比例增加，包含或附着在烟尘上的金属元素排放比例也相应增加。

工业锅炉；型煤原煤；可吸入颗粒物；可入肺颗粒物

我国在用工业锅炉以燃煤为主，单台平均容量小，运行参数低，平均运行热效率低。截至2006年，全国在用的50多万台工业锅炉中，燃煤锅炉约48万台，占工业锅炉总容量的85%左右，其中链条炉约占80%[1]，锅炉除尘设备以对PM2.5颗粒除尘效率较低的旋风除尘器为主[2]。

总体上，工业燃煤锅炉排放的首要污染物为烟尘，其中细颗粒物PM2.5已经成为大气污染物的重要来源[3-5]。

由于我国工业锅炉大多容量较小，除尘设备也与大容量锅炉有不同之处，因此对其开展细颗粒物PM2.5排放特性研究有重要意义。

国内外学者对燃煤释放的颗粒物特性进行了大量研究。王书肖等[6]对5种不同容量燃煤链条炉排放的PM2.5进行测试，发现PM2.5的质量粒径分布呈现单峰/双峰分布，在0.14 μm附近有一峰值，OC/EC值差异较大，SO42-是所有锅炉排放PM2.5中最丰富的离子成分，S是其中最丰富的元素；周楠等[7]利用固定源稀释通道对不同吨位的锅炉进行测定，通过分析其中PM2.5占PM10的百分比和燃料消耗量的关系，发现随燃煤锅炉吨位增加，燃烧产生的细粒子逐渐减少，大吨位的锅炉排放的PM10更多，在除尘器对PM2.5的除尘效率一定的前提下，PM2.5占PM10的百分比相对变小；高翔鹏等[8]对燃煤电厂的锅炉除尘器进、出口飞灰进行采样，得出除尘器进、出口PM10均呈双峰分布，除尘器的除尘效率随着颗粒物粒径的减小是降低的。但迄今从煤型角度对燃煤锅炉排放颗粒物的研究报道较少[9-10]。

现应用自行设计的颗粒物稀释采样系统，对配有旋风除尘器的链条炉燃烧型煤与原煤排放的颗粒物进行了现场对比测试，旨在为了解我国中小型燃煤工业锅炉的不同煤型中颗粒物的排放特性提供必要的基础数据。

1 试验方法及测试对象

1.1 测试对象

选取山西省河津市的一台链条炉对原煤和型煤分别进行测定。为保证试验稳定性，测试期间，各生产设备均处于正常稳定状态，锅炉负荷、燃料及燃烧工况保持不变。测试锅炉情况见表1，煤质化验及烟气排放测试结果见表2。

表1 试验锅炉基本情况

表2 煤质化验及烟气排放测试结果

1.2 测试方法

采用自行设计的稀释采样系统对烟气中颗粒物进行采样[11-13]。

烟气中总烟尘(PM)及烟气参数的采样采用崂应3012H型自动烟尘测试仪，PM的粒径分布采用WY-1型尘粒分级仪进行测量，同时进行颗粒物的分级采样。

1.3 测点设置

采样位置的设置遵循《固定源排气中颗粒物测定方法与气态污染物采样方法》(GB/T 16157—1996)相关要求，在旋风除尘器进口、出口设置2个采样点，分别代表燃煤产生的颗粒物和通过除尘装置后排入大气的颗粒物。采样点位置见图1。

图1 锅炉装置测点

2 结果及讨论

2.1 除尘器进口、出口烟尘粒度分布

在试验过程中，锅炉负荷保持在80%，工况稳定。烟尘粒径分布特征见表3。

表3 烟尘粒径分布特征

由表3可见，燃用型煤可使PM的排放量有所减少，型煤燃烧除尘器进口、出口PM比原煤锅炉分别减少75%和54%；燃用型煤排放的烟尘中，细颗粒物排放比例明显增大，型煤燃烧除尘器进口、出口PM2.5质量比原煤燃烧分别增加715%和708%，主要原因是型煤中添加了助燃催化剂，改善了燃烧性能，燃烧充分是导致细颗粒物PM2.5排放比例增加的原因之一，同时，型煤添加剂中可能含有不可燃的细颗粒物，增大了PM2.5的排放比例。

试验锅炉配置的旋风除尘器对>10 μm粒径的烟尘去除效率可达75%，但对PM10、PM2.5几乎不具备去除功能。因此在除尘器出口PM10、PM2.5占PM的比例明显上升。为降低PM10、PM2.5的排放，应配置对其去除率高的净化装置。

2.2 PM10、PM2.5中污染物含量

针对型煤和原煤测得的除尘器出口PM10、PM2.5中各元素的质量比分布见图2(a)(b)(c)(d)(e)(f)。

图2 除尘器出口PM10、PM2.5中各元素的质量比分布

由图2可见，燃烧型煤时，As和Pb在各粒径段的质量比均比原煤大，如Pb在PM2.5、PM10、>PM10粒径段的质量比比原煤分别增加11.9%、48.1%和1 240%，说明燃烧原煤对As和Pb的削减是明显的。

燃烧型煤时，Cd、Ni和Hg在PM2.5粒径段的质量比比原煤低，在PM10粒径段的质量比比原煤高。燃烧原煤时产生的颗粒物中的重金属含量与颗粒物的粒径成反比，粒径越小，重金属含量越高。

同时，由于型煤燃烧可吸入颗粒物的排放比例增加，因而包含或附着在烟尘上的微量有害元素的排放量比例相应增加。

3 结论

现场测试结果表明，型煤燃烧细颗粒物的排放比例高于原煤，型煤燃烧除尘器进口、出口PM2.5质量比原煤燃烧分别增加715%和708%。另外，旋风除尘器对PM10、PM2.5的去除效率偏低，除尘出口PM10、PM2.5占PM的比例明显上升。

燃烧型煤时As和Pb在各粒径段的质量比均比原煤大，说明燃烧原煤对As和Pb的削减是明显的。燃烧原煤时产生的颗粒物中的重金属含量与颗粒物的粒径成反比，粒径越小，重金属含量越高。同时，由于型煤燃烧可吸入颗粒物的排放比例增加，包含或附着在烟尘上的微量有害元素的排放比例也相应增加。

[1] 史培普.工业锅炉节能减排应用技术[M].北京：化学工业出版社，2009，40-41.

[2] 张松松，路义萍，杜谦，等.工业锅炉PM2.5产排特性试验研究[J].环境科学学报，2014，34(4)：843-848.

[3] 郝吉明，段雷，易红宏，等.燃烧源可吸入颗粒物的物理化学特征[M].北京：科学出版社，2008，116-129.

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[5] 张祥志，秦玮，严国梁.2011年南京市春季大气颗粒物污染特征分析[J].环境监控与预警，2013，5(5)：36-40.

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[7] 周楠，曾立民，于雪娜，等.固定源稀释通道的设计和外场测试研究[J].环境科学学报，2006，26(5)：764-772.

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[12] 孔少飞，白志鹏，陆炳，等.固定源排放颗粒物采样方法的研究进展[J].环境科学与技术，2011，34(12)：88-94.

[13] 朱玲，田秀华，王同健.固定源烟气颗粒物稀释采样方法及应用研究[J].环境污染与防治，2014，6，36(6)：51-54.

栏目编辑 李文峻

Emission Characteristics of Particles from Industrial Chain Bioler Briquette Coal and Raw Coal

ZHU Ling, YAN Rong-xin*, WANG Tong-jian

(TianjinEnvironmentalMonitoringCenter,Tianjin300191,China)

Emission characteristics from the combustion of boiler briquette coal and raw coal were analyzed using a self-designed dilution sampling system that was manufactured to sample the particulate pollutants such as PM2.5, PM10, and metal elements in flue gas from stationary source . The results showed that the fine particle emission ratio of briquette coal was higher than that of raw coal, and that the mass of PM2.5from the inlet and outlet of the dust collector had increase of 715% and 708%, respectively, for briquette coal than raw coal. The mass fractions of As and Pb at different particle size ranges were all higher for briquette coal. At the same time, due to the increase of inhalable particulate matter during the combustion of briquette coal, emission ratio of metals that were contained in or attached to the dust was also increased.

Industrial boiler; Briquette coal versus raw coal; PM10;PM2.5

2015-07-22；

2015-12-24

朱玲(1982—)，女，工程师，硕士，主要研究方向为环境监测技术与污染物排放表征。

*通讯作者：闫荣馨Email：mehelene@126.com

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1674-6732(2016)02-0052-03