梁偉（天津市環(huán)境監(jiān)測中心天津300191）

含濕量測量法用于鍋爐主要污染物總量減排監(jiān)測技術(shù)研究

梁偉（天津市環(huán)境監(jiān)測中心天津300191）

介紹了利用含濕量法核算監(jiān)測鍋爐實(shí)際燃煤量的方法，進(jìn)而導(dǎo)出二氧化硫排放系數(shù)。解決不適應(yīng)安裝在線監(jiān)測的小型鍋爐污染物總量排放問題，對二氧化硫總量減排核定提供技術(shù)支持。

二氧化硫含濕量排放系數(shù)

0 引言

污染物總量減排是我國“十一五”期間環(huán)境保護(hù)工作的重要舉措?？偭繙p排核定主要依據(jù)《主要污染物總量減排監(jiān)測方法》、《主要污染物總量減排統(tǒng)計方法》，具體監(jiān)測方法包括污染源自動監(jiān)測和監(jiān)督性監(jiān)測，前者在國控重點(diǎn)污染源已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但在市控和小型鍋爐污染源還是依靠監(jiān)督性手工監(jiān)測和統(tǒng)計方法進(jìn)行核算。由于統(tǒng)計方法采用平均參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，在反應(yīng)區(qū)域排放總量方面具有較高的準(zhǔn)確性，但由于鍋爐個體的差異，更好的方法還是實(shí)施實(shí)際監(jiān)測。目前應(yīng)用的手工監(jiān)測方法只反應(yīng)監(jiān)測期間實(shí)際排放量，不能給出鍋爐排污性能（排放系數(shù)）指標(biāo)。而依據(jù)單次監(jiān)測結(jié)果推算排放水平，還需要精確鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的核算。如果將短時間手工監(jiān)測方法提升為鍋爐的實(shí)際排放系數(shù)測量，將會進(jìn)一步明確鍋爐污染物排放性能，簡化總量核查的程序，提高核算的準(zhǔn)確性。

1 含濕量法測量燃煤量原理

煤在燃燒過程中將產(chǎn)生定量的水蒸汽排放，這些水蒸汽來源于煤的內(nèi)水和外水蒸發(fā)及煤中氫元素氧化反應(yīng)生成。此外，鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)驅(qū)動進(jìn)入鍋爐的空氣也帶來自身含有的水分，所以鍋爐煙氣的含水量應(yīng)由這4部分組成。由于煙氣中的含濕量是可測量的，煤中含水量、氫元素含量可通過煤的工業(yè)分析得到，而單位時間燃煤量和水蒸汽產(chǎn)生量可通過以下（1）到（3）式確定，因此可通過現(xiàn)場監(jiān)測和煤的工業(yè)分析結(jié)果計算出監(jiān)測期間煤的實(shí)際燃燒量，再根據(jù)排污系數(shù)的定義導(dǎo)出污染物排放系數(shù)。具體分析過程如下：

每公斤煤中水份帶來的標(biāo)態(tài)水蒸汽容積：

式中：

Wf——煤分析基水份含量（%）；

V水蒸汽——煤中含有的物理水量，Nm3/kg。

每公斤煤中氫燃燒生成的標(biāo)態(tài)水蒸汽容積：

式中：

Hf——煤分析基氫元素含量（%）；

V′水蒸汽——?dú)湓匮趸笊傻乃?，Nm3/kg。

空氣帶入水蒸汽量：

設(shè)1 kg干空氣中含有的水蒸汽為d（kg/kg），干空氣的密度是1.293 kg/Nm3，標(biāo)態(tài)水蒸汽的密度為18/22.4=0.804 kg/Nm3，每Nm3干空氣中所含水蒸汽的容積應(yīng)為：

式中：

D——為1 kg濕空氣中含水量，kg；

V〞水蒸汽——每立方米標(biāo)態(tài)干空氣帶來的水蒸氣體積，Nm3。

在一個監(jiān)測周期中當(dāng)燃燒了G公斤煤時，煙氣中排放的水容量由下式確定：

式中：

Qsnd——標(biāo)態(tài)干煙氣排放量，Nm3/h；

T——在監(jiān)測周期內(nèi)燃煤G公斤所用的時間，h；

VH2O——煙氣中排放的標(biāo)態(tài)水蒸汽的量，Nm3。

煙氣中水含濕量可通過（5）式計算：

整理（4）、（5）式得到（6）式:

式中Wf、Hf可通過煤“工業(yè)分析”得到。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

煙氣含濕量（Xsw）采用《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》第5篇冷凝法監(jiān)測；同時測定煙氣平均排放量（Qsnd）、二氧化硫排放量（G）；用減量法兩次稱量煤重，得到監(jiān)測期間鍋爐耗煤量W（用于驗(yàn)證含濕量監(jiān)測法得到的煤重量）；并將煤樣進(jìn)行工業(yè)分析得到Wf、Hf，兩周期的監(jiān)測結(jié)果分別見表1、表2。

表1 稱重法排污系數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

表2 含濕量測量法排污系數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

使用含濕量測量煤耗量方法具有一定的可操作性和實(shí)用價值。由于現(xiàn)場只需測量煙氣風(fēng)量、含濕量，不需要計量耗煤量，因此可簡化操作，適用于各種爐型的監(jiān)測需要。由表2可見，一周期煤稱重法和含濕量測量法得到的煤消耗量相對誤差為10.2%，二周期煤稱重法和含濕量測量法相對誤差為10.3%。煤樣采集后存放時間過長，有失水現(xiàn)象，因此煤樣保水是提高準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。兩周期監(jiān)測的排放系數(shù)相對誤差分別為-9.25%、-11.76%。

3 結(jié)論

對于一個具體的鍋爐和脫硫系統(tǒng)，在一定時段內(nèi)當(dāng)煤種、操作方式不改變的條件下，其二氧化硫排放量僅與煤的消耗量有關(guān)，以往的鍋爐排放系數(shù)計算法，正是利用該規(guī)律建立的統(tǒng)計方法。但是，在進(jìn)行二氧化硫統(tǒng)計時常常利用排放系數(shù)均值測算鍋爐的二氧化硫排放總量，由于個體的差異、煤種的變化、設(shè)備的新老程度不同，二氧化硫轉(zhuǎn)化率具有出入，必然出現(xiàn)個體特征性和總體平均水平的差異。最理想的測算方法還是實(shí)際測量鍋爐排放系數(shù)，再根據(jù)企業(yè)實(shí)際使用煤種工業(yè)分析指標(biāo)和某時段煤的用煤量測算鍋爐二氧化硫?qū)嶋H排放量。本文正是出于這種觀點(diǎn)，利用以往課題研究成果，介紹了“含濕量測量法測量鍋爐二氧化硫排放系數(shù)”的監(jiān)測方法。該方法具有實(shí)際意義，對于已安裝脫硫設(shè)備的鍋爐，可在測量鍋爐排放系數(shù)的同時測量脫硫設(shè)備的脫硫效率，即可得到鍋爐的實(shí)際二氧化硫排放量。該方法可廣泛滿足二氧化硫總量減排監(jiān)測的需求，同時也可用于鍋爐運(yùn)行負(fù)荷的測量和其他鍋爐大氣污染物的監(jiān)測?！?/p>

[1]陳聽寬.鍋爐原理（上冊）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989：49-63.

[2]國家環(huán)境保護(hù)總局《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》編委會編.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法(第四版增補(bǔ)版）［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008：346-350.

2011-01-08