民用煤燃烧污染物排放因子研究(HWS-150使用)

近年来，大气污染一直是公众和决策者高度关注的问题，其中又以雾霾问题最受关注，但受中国能 源结构特点限制，由煤炭燃烧特别是民用散煤燃烧引起的大气污染依然存在。我国能源储备特点是富 煤缺油少气，能源消耗特点是严重依赖煤炭，煤炭消费占初级能源消费的 70% 左右，并且这一状况会持续很长一段时期。在煤炭消费领域，民用煤通常用于生火做饭或取暖等，表现为粗效和低能效的燃烧 方式，燃烧效率低，缺乏相应的排放控制措施，单位质量民用燃煤排放远大于工业锅炉有组织污染物排 放，对大气污染的贡献也远远大于工业活动的贡献。

1 材料与方法 

1.1 样品来源

共选用 7 个煤种，包括 2 种烟煤、2 种无烟煤、2 种蜂窝煤和 1 种型煤。2 种烟煤分别来自河 南平顶山七矿（HNY）和陕西鸿海物流有限责任公司（HHY）；2 种无烟煤分别来自平顶山天安煤业股份 有限公司（HNW）和山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司（JCW）；2 种蜂窝煤分别来自武汉市售蜂窝 煤（WHF）和河南安阳蜂窝煤（HNF）；型煤为陕西榆林煤球（YLX）。7 个煤种的煤质分析见表 1。表 1 中 烟煤和无烟煤的数据由煤种供应方提供，蜂窝煤和型煤数据按照GB/T 212—2008《煤的工业分析方法》［6］ 和 GB/T 213—2008《煤的发热量测定方法》［7］的规定测定。

1.2 主要仪器与试剂 

所用的主要仪器设备见表 2。

1.3 燃烧采样系统

 燃烧采样系统由燃烧室、稀释缓冲室及采样系统 3 部分组成（见图 1）。燃烧室采用程控工业管式 电炉，煤样燃烧产生的烟气经连接管收集进入稀释缓冲区稀释降温，然后采样分析。 燃烧实验模拟明烧与闷烧两种燃烧状态。明烧实验吊篮用 100 目的筛网加工而成，为保证煤能充 分燃烧，明烧实验时炉具对炉膛进行送风；闷烧实验采用设备厚度为 3 mm 的钢管加工制成自带吊篮， 该吊篮由厚度为 3 mm 的钢管加工制成，实验时炉具下方自然进风。不同煤种各选用明烧和闷烧两种 方式进行实验对比。

1.4 样品采集与分析方法 

PM10采样滤膜为 ϕ47 mm 的玻纤滤膜，采样前置于恒温恒湿箱中，在温度为（25 ± 0. 5）℃，相对湿度 为（50 ± 1）%的条件下平衡超过 24 h，使用精度为 10-4 g 的天平称重，采样后放在相同的平衡条件下平 衡超过24 h后称重。煤样放入燃烧炉中开始采样，至炉内煤样完全燃尽，无烟煤和蜂窝煤继续采样30 min， 烟煤继续采样 15 min，以保证燃烧排放的污染物被完全采集。采样后迅速将滤膜放到恒温恒湿箱中， 在相同条件下平衡超过 24 h 后取出称重，采样前后滤膜质量差值即采样到 PM10的质量。气体污染物浓 度用英国凯恩公司生产的 KM950 便携式烟气分析仪进行监测。每个煤样进行 2 次平行实验，根据烟气 流速、烟气中气体污染物浓度以及耗煤量计算得到各气态污染物（SO2、NOx ）的排放因子。

2 结果与讨论

明烧时燃烧的颗粒物排放差别明显。烟煤的 PM10排放因子明显高于无烟煤 和蜂窝煤。烟煤的 PM10排放因子分别达到 17. 65 和 18. 80 g/kg，无烟煤的 PM10排放因子分别为 3. 75 和 7. 86 g/kg，蜂窝煤的 PM10 排放因子分别为 1. 57 和 3. 77 g/kg，煤球的 PM10 排放因子为 3. 42 g/kg，蜂窝 煤和型煤的排放因子明显低于烟煤，这可能与蜂窝煤和型煤在成型过程中加入粘结剂或其他成分有 关，蜂窝煤或型煤在成型过程中，随着粘结剂等的加入，煤样的孔隙率变小，燃烧过程中发生破碎的几 率变小，所以颗粒物排放因子变小。由此可见采用型煤可有效降低民用散煤燃烧过程的可吸入颗粒物 的排放。各煤种的排放因子与燃烧中挥发分含量都呈正相关。这可能是随着煤 样挥发分增加，煤粒之间的粘结指数降低，导致燃烧过程中产生更多的颗粒物。散煤和型煤相比，由于 型煤加工过程中随着粘结剂的加入，煤粒之间的粘剂指数增加，所以可以减少燃烧过程中颗粒物的排 放。另一方面，煤的来源不同，煤的煤化程度和加工方式不同，这可能是造成差异的主要原因。

3 结论 

民用燃煤中，烟煤燃烧颗粒物排放因子高于无烟煤和蜂窝煤或型煤。颗粒物排放因子主要与煤中 挥发分含量有关；蜂窝煤或型煤能有效降低民用煤燃烧时的颗粒物排放。民用散煤的 SO2和 NOx排放 因子高于蜂窝煤和型煤，主要与煤质有关，SO2排放因子与煤中硫含量呈正相关。不同燃烧状态对民用 散煤燃烧颗粒物排放有影响，对 SO2和 NOx的排放因子没有明显影响。 蜂窝煤和煤球的排放因子明显低于烟煤，说明采用型煤可有效降低民用散煤燃烧过程的可吸入颗 粒物的排放。蜂窝煤或型煤能降低民用散煤燃烧时的污染物排放，结合我国的能源结构，煤炭在农村 地区作为燃料在较长一段时期不会被替代，采用型煤等清洁能源更能有效降低污染物排放。

免责声明：文章仅供学习和交流，如涉及作品版权问题需要我方删除，请联系我们，我们会在第一时间进行处理。