煤质对燃烧锅炉大气污染物排放量的影响

党丹 王文冠

摘  要：燃烧锅炉在人们的日常生活、工业生产中发挥着重要作用，通常使用燃料包括了生物质燃料、天然气、煤等。本文从煤燃料的角度出发采用科学试验方法，介绍了实验装置，阐述了样品采集与数据处理方法，分析了不同煤质及其对燃烧锅炉大气污染物排放量的影响。

关键词：煤质;燃烧锅炉;大气污染物;排放量;影响

在燃煤锅炉使用过程中，会排放大量烟气，其中包括多种影响大气污染物排放量的物质，煤质只是其中的一种。从煤质的构成要素看，主要包括了对其全水分含量、灰分、挥发分、硫含量、氢含量、炭含量、氮含量、干基高位发热量、基低位发热量等。从煤质对燃烧锅炉大气污染物排放量的影响看，其影响集中在烟尘、硫化物、氮氧化物等方面。目前，对大气污染物排放量的计算方法，通常以监测数据法、物料衡算法、产排污系数法等为主。下面结合实验方法展开分析。

1、某煤化工企业大气污染物排放监测概况

以某煤化工企业为例，采用自然循环π型布置固态排渣煤粉锅炉，设计煤种为陕西彬长煤，实际原料以：柠条塔、红柳林、张家峁、小堡当、曹家滩煤矿为主。

在锅炉大气污染物排放量监测方面，该企业严格按照企业自主型环境影响评价办法中的大气环境监测方案，选用了崂应3012H型自动烟尘（气）测试仪、崂应3072H型智能双路烟气采样器、英国凯恩KM9106型综合烟气分析仪等，对不同煤质燃烧后产生的烟尘、硫化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOx）进行了收集，每周收集3次取平均值，共收集2周。结果显示，三个主要煤种与掺烧煤焦粉中的煤质主要构成要素的含量如下：（1）全水分含量：16.3%～3.7%;（2）灰分：29.83%～3.38%;（3）挥发分：29.67%～7.49;（4）硫含量：2.47%～0.27%;（5）氢含量：3.45%～1.55%;（6）炭含量：82.77%～58.15%;（7）干基高位发热量：30753kJ/kg～23515 kJ/kg;（8）基低位发热量：26402 kJ/kg～19582 kJ/kg。

2、煤质对燃烧锅炉大气污染物排放量的影响

通常情况下，当煤质较好时燃烧相对充分，燃烧产生的热量较大。虽然在燃烧过程中会受到煤种设计、鼓风量、燃烧温度等多种因素的影响，但是，随着本企业对工业设计思想的有效运用，增加了燃烧煤种研发设计环节的资源配置，通常能够达到预期的设计目标。所以对燃烧锅炉大气污染物排放量影响方面，与煤质存在密切关联。就目前的研究成果与实践经验看，燃烧锅炉排放的大气污染物主要为烟气，而烟气中混合硫化物、氮氧化物等各种有害物质。分述如下：

2.1对烟尘的影响

（1）排放量相关数据

对收集到的48个烟尘样品进行厂内检测，结果显示：（1）烟尘产生浓度：3635mg/m³～328.87 mg/m³;（2）烟尘排放浓度：72.92 mg/m³～28.98 mg/m³;（3）烟尘产生量：11.8kg/h～0.71 kg/h;（4）烟尘排放量：0.32 kg/h～0.07 kg/h。

（2）原因分析

当燃煤中的灰分含量增加时会降低可燃成分，进而减少发热量。在该锅炉中烟尘排放浓度与原料煤、煤焦粉中的灰分之间存在正相关关系，其回归方程为y=0.5324x-8.7441（R值为0.9432）。同时，灰分对烟尘产生影响的过程中掺烧了煤焦粉，其粒径与体积分数如下：（1）粒径在0～20μm，体积分数为2.06%;（2）粒径在20～50μm时，体积分数为7.91%;（3）粒径在50～90μm时，体积分数为9.84%;（4）粒径在90～120μm时，体积分数为7.58%;（5）粒径在0～20μm时，体积分数为34.41%;（6）粒径>220μm时，体积分数为38.20%。粒度相对较小，烟尘产生量、排放量相对较大。因此，在实际的燃烧过程中，锅炉容易受到磨损，也会增加积灰，严重时可以结焦。

2.2对硫化物的影响

（1）排放量相关数据

本次监测中的硫化物包括了SO2、SO3，其中，在总烟气含量中SO3的含量相对较少，浓度较低，三个主要煤种与煤焦粉的燃烧时的监测结果显示，其浓度范围仅在0.0016 mg/m³～0.0005 mg/m³。而且，产生浓度、排放浓度方面均比较小。与之相比，SO2的浓度相对较高。对SO2排放情况进行监测，获取监测数据共计30组，其中24组（占到80%比例）属于有效监测数据，统计结果显示：（1）SO2的产生浓度：3566 mg/m³～198 mg/m³;（2）SO2的排放浓度：1444 mg/m³～68 mg/m³;（3）SO2的产生量：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

含硫量与锅炉烟气中的硫化物浓度存在相关性，对其数据进行回归分析，回归方程为y=0.0016x+0.2242（R值为0.9915）。由此可见，当含硫量较大时，SO2的浓度增加，反之则减少。该企业燃烧时均属于高温燃烧，在这种情况下，燃煤中的硫分会与氧气发生化学反应，生成二氧化硫。当其燃烧不充分时，会生成SO2，因此它的浓度会相对较加，反之则可以得到较好的控制。

2.3对氮氧化物的影响

（1）排放量相關数据

本次监测中，NOx与SO2的统计数据组别一致、数量一样，有效监测数据共计24组（达到总量30组的80%比例），监测统计与分析结果显示：（1）NOx的产生浓度：375 mg/m³～174 mg/m³;（2）NOx的排放浓度：372 mg/m³～158 mg/m³;（3）NOx的产生量：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

氮氧化物的排放浓度与排放量与煤质中的含氮量存在相关性，对其数据进行回归分析，回归方程为y=0.0002x+0.6857（R值为0.1556）。可以看出，其中的含氮量影响作用相对较小。考虑到氮氧化物产生机理与燃煤锅炉的类型、燃烧温度设置、煤种煤质、实验方案等存在关联，具有一定的复杂性，因此需要对其产生机理与影响条件做进一步研究。

结束语

总之，在我国各行业诸领域进入高质量发展阶段后，结合生态文明思想增强了对燃烧锅炉大气污染物排放量的管理，因此有必要增强对煤质影响因素的研究。通过以上初步分析可以看出，煤质影响类型相对较多，利用科学实验方法能够定性、定量的实现对其影响因素的分析。因此建议在搞清楚煤质影响要素、方式、途径的情况下，增强对煤质的选择、燃烧控制，降低其影响。

参考文献

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