民用煤燃燒污染物排放因子研究(HWS-150使用)

近年來，大氣污染一直是公眾和決策者高度關注的問題，其中又以霧霾問題最受關注，但受中國能 源結構特點限制，由煤炭燃燒特別是民用散煤燃燒引起的大氣污染依然存在。我國能源儲備特點是富 煤缺油少氣，能源消耗特點是嚴重依賴煤炭，煤炭消費占初級能源消費的 70% 左右，并且這一狀況會持續很長一段時期。在煤炭消費領域，民用煤通常用于生火做飯或取暖等，表現為粗效和低能效的燃燒 方式，燃燒效率低，缺乏相應的排放控制措施，單位質量民用燃煤排放遠大于工業鍋爐有組織污染物排 放，對大氣污染的貢獻也遠遠大于工業活動的貢獻。

1 材料與方法 

1.1 樣品來源

共選用 7 個煤種，包括 2 種煙煤、2 種無煙煤、2 種蜂窩煤和 1 種型煤。2 種煙煤分別來自河 南平頂山七礦（HNY）和陜西鴻海物流有限責任公司（HHY）；2 種無煙煤分別來自平頂山天安煤業股份 有限公司（HNW）和山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司（JCW）；2 種蜂窩煤分別來自武漢市售蜂窩 煤（WHF）和河南安陽蜂窩煤（HNF）；型煤為陜西榆林煤球（YLX）。7 個煤種的煤質分析見表 1。表 1 中 煙煤和無煙煤的數據由煤種供應方提供，蜂窩煤和型煤數據按照GB/T 212—2008《煤的工業分析方法》［6］ 和 GB/T 213—2008《煤的發熱量測定方法》［7］的規定測定。

1.2 主要儀器與試劑 

所用的主要儀器設備見表 2。

1.3 燃燒采樣系統

 燃燒采樣系統由燃燒室、稀釋緩沖室及采樣系統 3 部分組成（見圖 1）。燃燒室采用程控工業管式 電爐，煤樣燃燒產生的煙氣經連接管收集進入稀釋緩沖區稀釋降溫，然后采樣分析。 燃燒實驗模擬明燒與悶燒兩種燃燒狀態。明燒實驗吊籃用 100 目的篩網加工而成，為保證煤能充 分燃燒，明燒實驗時爐具對爐膛進行送風；悶燒實驗采用設備厚度為 3 mm 的鋼管加工制成自帶吊籃， 該吊籃由厚度為 3 mm 的鋼管加工制成，實驗時爐具下方自然進風。不同煤種各選用明燒和悶燒兩種 方式進行實驗對比。

1.4 樣品采集與分析方法 

PM10采樣濾膜為 ?47 mm 的玻纖濾膜，采樣前置于恒溫恒濕箱中，在溫度為（25 ± 0. 5）℃，相對濕度 為（50 ± 1）%的條件下平衡超過 24 h，使用精度為 10-4 g 的天平稱重，采樣后放在相同的平衡條件下平 衡超過24 h后稱重。煤樣放入燃燒爐中開始采樣，至爐內煤樣完全燃盡，無煙煤和蜂窩煤繼續采樣30 min， 煙煤繼續采樣 15 min，以保證燃燒排放的污染物被完全采集。采樣后迅速將濾膜放到恒溫恒濕箱中， 在相同條件下平衡超過 24 h 后取出稱重，采樣前后濾膜質量差值即采樣到 PM10的質量。氣體污染物濃 度用英國凱恩公司生產的 KM950 便攜式煙氣分析儀進行監測。每個煤樣進行 2 次平行實驗，根據煙氣 流速、煙氣中氣體污染物濃度以及耗煤量計算得到各氣態污染物（SO2、NOx ）的排放因子。

2 結果與討論

明燒時燃燒的顆粒物排放差別明顯。煙煤的 PM10排放因子明顯高于無煙煤 和蜂窩煤。煙煤的 PM10排放因子分別達到 17. 65 和 18. 80 g/kg，無煙煤的 PM10排放因子分別為 3. 75 和 7. 86 g/kg，蜂窩煤的 PM10 排放因子分別為 1. 57 和 3. 77 g/kg，煤球的 PM10 排放因子為 3. 42 g/kg，蜂窩 煤和型煤的排放因子明顯低于煙煤，這可能與蜂窩煤和型煤在成型過程中加入粘結劑或其他成分有 關，蜂窩煤或型煤在成型過程中，隨著粘結劑等的加入，煤樣的孔隙率變小，燃燒過程中發生破碎的幾 率變小，所以顆粒物排放因子變小。由此可見采用型煤可有效降低民用散煤燃燒過程的可吸入顆粒物 的排放。各煤種的排放因子與燃燒中揮發分含量都呈正相關。這可能是隨著煤 樣揮發分增加，煤粒之間的粘結指數降低，導致燃燒過程中產生更多的顆粒物。散煤和型煤相比，由于 型煤加工過程中隨著粘結劑的加入，煤粒之間的粘劑指數增加，所以可以減少燃燒過程中顆粒物的排 放。另一方面，煤的來源不同，煤的煤化程度和加工方式不同，這可能是造成差異的主要原因。

3 結論 

民用燃煤中，煙煤燃燒顆粒物排放因子高于無煙煤和蜂窩煤或型煤。顆粒物排放因子主要與煤中 揮發分含量有關；蜂窩煤或型煤能有效降低民用煤燃燒時的顆粒物排放。民用散煤的 SO2和 NOx排放 因子高于蜂窩煤和型煤，主要與煤質有關，SO2排放因子與煤中硫含量呈正相關。不同燃燒狀態對民用 散煤燃燒顆粒物排放有影響，對 SO2和 NOx的排放因子沒有明顯影響。 蜂窩煤和煤球的排放因子明顯低于煙煤，說明采用型煤可有效降低民用散煤燃燒過程的可吸入顆 粒物的排放。蜂窩煤或型煤能降低民用散煤燃燒時的污染物排放，結合我國的能源結構，煤炭在農村 地區作為燃料在較長一段時期不會被替代，采用型煤等清潔能源更能有效降低污染物排放。

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