工业锅炉污染物排放与环境保护

工业锅炉污染物排放与环境保护

一、我国环境空气污染现状与变化趋势：

长期以来，大气颗粒物是影响环境空气质量的首要污染物，其污染特征不断发生新的变化，防治难度不断加大。特别是近年来，随着经济和城市建设的高速发展，我国环境空气污染特征发生重大变化，主要表现在从粗颗粒污染向细粒子污染变化、从单一污染来源向多种来源变化、从煤烟型污染向复合型污染变化。由于二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物污染加剧，经光化学作用，又形成了一种复合型空气污染物。这种污染物呈细小颗粒状，其粒径分布在10～2.5μm范围，简称PM10、PM2.5主要分布在大气层1000m以下空间。由于这种微小的颗粒可长期滞留在空气中并能够穿透人的呼吸防御系统，又称为可吸入污染物。这种现象已成为我国大中型工业城市环境污染的新趋势。其特征是总悬浮颗粒物分布向更小粒径发展。当PM10、PM2.5污染严重时，这种复合型空气污染已造成上述大中型城市出现雾霾天气，并向远距离下风向传播的趋势。以PM2.5污染物为代表的复合性、区域性污染问题凸显，对大气氧化性不断增强，给环境空气质量改善带来巨大压力。

二、锅炉烟气污染物排放：

1. 燃煤锅炉烟气中污染物及其对环境与人体的危害

我国是锅炉生产大国和使用大国，截止到2012年底，我国工业锅炉保有量62.4万台，容量近290万蒸吨，约占锅炉总数的98％，年能源消费量约6.4亿吨标准煤，占全国能源消费总量的18％。我国工业锅炉中80％以上为燃煤锅炉，年消耗4.9亿吨标准煤，15％左右为燃油燃气锅炉，其余为生物质燃料等锅炉。

根据环境统计数据，2012年燃煤工业锅炉累计排放烟尘410万吨、二氧化硫570万吨、氮氧化物200万吨，分别占全国排放总量的32％、26％和15％左右。燃煤烟气中的主要有害物为烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳等。其中前三项是造成我国环境污染的主要原因，可作为环境污染的直接有害物，并在环境中进行化学、物理等变化后，形成更为有害的二次污染物。研究表明，二氧化硫、氮氧化物还可以在空气中转化为二次污染物，最终形成有害的微小颗粒物污染环境。

2.烟尘污染物对环境的污染

（1）烟尘粒径的分布

①烟尘粒径的确定方法　烟尘颗粒的大小一般用粒径描述，其单位是微米（μm）。在描述颗粒粒径时，可从不同的物理性质来定义。常用的定义方法有：当量直径De、投影直径、质量中值直径D50和空气动力学直径。各类直径的意义如下：

a.当量直径：指与颗粒物不规则体积相当的球形颗粒物的直径。

b.投影直径：指一个圆形的面积相当于已知颗粒物的投影面积，则该圆形的直径称为颗粒物的投影直径。

c.空气动力学直径：具有与密度为1kg/L的A物质（水）粒径相同的空气动力特征时（指空气中具有相同的沉降速度），实际颗粒直径即为相对应A物质的直径，常用于颗粒运动的计算。

d.质量中值直径：这是可吸入颗粒物的卫生学评价指标，也是颗粒分布的中心倾向。颗粒物在空气中的分布几乎都呈对数正态分布。因此求其中值直径时，以颗粒的粒径为橫坐标，质量分数为纵坐标，在对数正态概率纸上画出累计分布曲线图。在得到的曲线上，标出与质量分数50％相对应的颗粒直径，即为质量中值直径，符号为D50。

其中D50表示占全部颗粒物质量50％粒子的对应的颗粒物直径，它是确定选择除尘器的重要指标。

②烟尘粒径大小与分布情况　对除尘器的选择和环境危害具有极其重要意义。在环境科学研究中，一般采用空气动力学直径来表征颗粒物的直径。对烟尘的粒径分布研究常采用质量分散度的方法描述，在锅炉烟气治理时，应选择对烟气中D50颗粒物去除作用较大的除尘器，方可达到有效除尘目的。锅炉烟气排放的颗粒物直径还与锅炉的燃烧方式相关，当采用型煤替代原煤后其烟气中大颗粒物得到有效削减，其粒径分布将发生明显变化。下表是采用型煤为燃料并通过多管旋风除尘器后的颗粒物粒径分布测试结果。

（2）烟尘中污染物及对人体健康影响：

①烟尘中的污染物　下表是锅炉烟尘的成分分析结果。

注：TC为烟尘中有机和无机碳元素总含量，OC为烟尘中有机碳的含量。

②污染物对人体的危害　烟尘中的污染物可通过三个途径进入人体。第一个途径是通过呼吸系统直接进入人体肺泡，影响肺部的健康；第二个途径是通过食物链进入人体，其转移方式是污染物溶入水体，通过饮用水进入人体，或被植物吸收通过食物链进入人体；第三个途径是烟尘中的放射性物质对人体产生的内照射或外照射。通过一、二两个途径进入人体而产生的照射称为内照射；在自然中由这些放射性物质直接对人体产生的照射称为外照射。《空气污染研究的临床意义》研究结果认为，烟尘污染物对人体健康危害最大的器官是呼吸系统，进入肺泡的小粒径颗粒具有更大的危害。人体的呼吸系统包括三个区域：鼻咽区、气管及支气管区、肺泡组织。在鼻咽区和气管及支气管区充满了纤毛和黏膜。在这里一些较大颗粒物因惯性和重力作用被沉积下来，并随着痰液排出体外。但更小的颗粒物却穿透屏障并积聚在肺泡组织内。不同空气动力学直径的颗粒物，在人体呼吸道上的沉积情况见图8-1。由图可见直径为0.1μm的颗粒物约有50％沉积在肺泡区；直径>1μm的颗粒物则在到达肺泡之前已大部分沉积在鼻咽区内；而直径<1μm的颗粒物沉积在肺泡和气管中。说明颗粒物直径越小，沉积到呼吸系统越深，对人体的危害越严重。根据这个原理，人们把能够沉积在肺泡、气管区的粒径<10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物。

三、燃煤锅炉产生的其他环境污染：

1. 燃煤在储运过程中产生的扬尘污染

根据环境污染的概念，向环境排入有害物质或物理因素的设施或辅助设备都构成相应受体环境的污染源。锅炉运行后除烟气排放外，还会产生噪声、废水、炉渣与除尘器脱除的飞灰。除此之外还会在煤炭及灰渣运输储存时产生扬尘污染。如燃煤锅炉在日常运行时要消耗大量煤炭，锅炉长期运行排出的炉渣、除尘器脱除的灰尘——也称粉煤灰的存放地，不采取有效的苫盖、密封这些地方将形成灰尘无组织排放源。在《大气污染物防治法》中已明令禁止“三堆”；煤堆、灰堆、料堆的储存方式，使用单位必须设立储煤场和煤灰、煤渣储存仓，避免造成扬尘污染。这种污染的途径是扬尘在风力作用下进入周围环境，借助风力扩散到更远的地方，当遇到气候干燥多风季节而加剧。一定时间后扬尘还会沉降到附近地面，随降水的冲洗而转移，当水分蒸发后形成了新的无组织排放源。因此，污染源的面积不断扩大，当进入交通干线时带来道路交通扬尘污染。由于以上的污染都发生在近地面表层上，将对居住环境空气质量产生较大影响，主要表现在空气中总悬浮物TSP明显增高，空气质量变坏，城市卫生条件不断恶化，因此这种现象必须杜绝，并需引起社会的高度关注。

2.锅炉房的噪声污染

锅炉房的噪声源主要有鼓风机、引风机、水泵、除渣机、煤破碎机、降压排汽阀等。此外，运输煤炭、灰渣的铲斗车，升降带、装载机和汽车等也会产生强烈的噪声和振动。很多燃煤小锅炉离居民区太近，锅炉由于选址欠佳，风机性能不良等原因产生的噪声，破坏了周围居民的工作与生活环境，损害人民的身心健康，并常常由此引发纠纷。

锅炉房噪声源多，分贝高，污染严重是引发环境信访的重要原因。鼓风机和引风机是引起振动和噪声的主要设备，这些设备本身性能差，无防噪声设施，年久失修，在运行过程中风叶损坏，动平衡不佳，均会造成振动和噪声强度的提高。按照国家噪声防治规定，风机应安装消音器，并设置隔音房，但很多企业执行不利，有的虽已安装，维护不到位，损坏严重，仍然达不到消音功能。

3.锅炉房的固体废弃物排放

从烟气中分离捕集下的粉尘，称为“粉煤灰”。无规范存储设备，堆于锅炉房附近，风吹日晒造成二次污染。另外它是一种可浸出性固体废弃物，其中一些有毒元素的盐类化合物、氧化物能够溶于水，特别是在雨季，在雨水的浸润、冲洗下将毒性物质转移到水体。粉煤灰中的盐类化合物在溶解过程中还会产生水解作用，改变水体的氢离子浓度，这将进一步促进有害物质的溶解。粉煤灰还会转移并形成新的无组织排放源。大量金属氧化物和不定型碳成分可作为建筑材料，具有一定的经济价值。因此应科学利用粉煤灰，对其储存应采取防渗漏，防扬尘措施，专设粉煤仓，化废为宝并减少对环境的污染。

煤炭燃烧后排出的灰渣，所含污染物和粉煤灰不尽相同，主要差异在灰渣中的有机成分含碳量（简称OC）高，而重金属氧化物及其盐类含量高于粉煤灰。为比较粉煤灰与灰渣中所含污染物量的大小，引用污染物富集因子概念。系指原料在生产加工后，原有某污染物含量和生产加工后排出的固体废弃物中某污染物含量之比。显然富集因子越大说明污染物转移到固体废弃物中越多。当固体废弃物在不同部位排放时，若某部位的富集因子数值为1，说明污染物含量在浓度上没有变化，其污染物必定转移到其他排放物体内。利用此概念可以比较粉煤灰和灰渣中污染物含量的大小。

4.废水排放造成的水环境污染

（1）锅炉排污和水处理工艺的废水生成

蒸汽锅炉和热水锅炉均以水作为热载体。为防止锅炉内部受热面发生结垢现象和溶解氧对设备的腐蚀，须对给水进行软化和除氧处理。水处理常用钠离子交换法去除水中钙、镁等离子，但使用一段时间后需进行再生处理，造成该工艺排放废水。蒸汽锅炉由于炉水的不断浓缩，碱与其他盐类浓度升高，必须进行排污。小锅炉进行炉内加药处理，热水锅炉也需要定期排污。此外热水锅炉使用时还需投入阻氧剂、防垢剂和防止误用的染料。锅炉排放的各种污水即为锅炉排放污水。该废水含有悬浮物、化学需氧量、色度、磷酸盐等污染物。

（2）锅炉冲渣水和湿式脱硫塔的污水排放

大部分链条锅炉常采用水力进行除渣，灰渣冲入灰池后经沉淀由除渣机清除，污水是该过程产生的废水。不经水处理排放，必然造成环境污染。因为含有悬浮物、铅、锌、砷、铜、挥发酚等污染物质，pH值呈碱性。排污水与冲渣水含有碱性物质，可作为湿法脱硫或浇煤之用，从而既节省碱的消耗又可减少废水排放。

工业锅炉湿式除尘器用的最多是水膜除尘器，主要功能是除尘，也有一定的脱硫效果。为了提高脱硫效率，在水中加入碱性物质，或用锅炉碱性排污水与反渗透浓水，通过水泵形成水膜并进行循环利用。在除尘的同时烟气中二氧化硫被溶液吸收，形成亚硫酸再与水中碱性物质中和反应生成亚硫酸盐、硫酸盐，排入沉淀池，经去除悬浮物与加液池中水吸收液混合后重新进入水膜除尘器。脱硫过程进行时，水中碱性物质不断消耗，硫酸盐和烟气中其他溶于水的物质浓度不断增加，达到近饱和浓度时，需要更新吸收液，原水吸收液作为废水排放掉。该废水有较高的含盐量并含有COD、AS、Pb、Hg、挥发酚及多环芳香烃类等污染物，是锅炉房中主要的水污染源，必须经水处理达标后方可排放。