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关于市中小型燃煤锅炉污染治理对策的调研报告在当今社会，随着工业化进程的加速，环境污染问题也日益突出。
其中，燃煤锅炉的使用是造成空气污染的主要原因之一。
燃煤锅炉污染治理已成为当前环保工作亟待解决的紧迫问题。
因此，为了深入了解市中小型燃煤锅炉污染治理对策的实际情况，本文将对市中小型燃煤锅炉污染治理进行调研，探讨相关治理对策。
一、市中小型燃煤锅炉污染治理现状调查1.产业现状：我国燃煤锅炉行业已经发展了几十年，市场非常庞大。
据调研，全国燃煤锅炉已经达到1000万台以上，其中许多都是市中小型燃煤锅炉。
2.污染现状：市中小型燃煤锅炉采用的燃煤质量参差不齐，烧出的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放量较大，成为了空气污染的重要来源。
3.治理现状：为了强化市中小型燃煤锅炉的治理，国家制定了政策法规和标准规定，建立了煤炭洁净利用的技术体系，并且积极推进市中小型燃煤锅炉治理设施的安装和使用，但是存在一些落实不到位的问题。
二、市中小型燃煤锅炉污染治理对策研究1.政策法规制定：制定并实施针对市中小型燃煤锅炉污染治理的法规、标准和政策，为环保部门的实际操作提供可靠法律支持。
2.技术净化设备更新：市中小型燃煤锅炉应尽可能采用尖端技术设备更新，例如选择控制一氧化碳的低氮氧化物燃烧器，使燃煤锅炉达到环保标准。
3.加强监管：制定完善的市中小型燃煤锅炉检查和监管制度，从源头上加强对市中小型燃煤锅炉的管理，加大对违法排放企业的处罚力度。
4.加强技术培训：为市中小型燃煤锅炉制造企业和使用企业提供相关技术培训，提高环保意识以及煤炭的洁净高效利用技能。
5.推广煤改气、煤改电等清洁能源。
三、结论目前，市中小型燃煤锅炉在污染防治问题方面还存在一系列的难点与问题。
但是，随着国家污染治理政策的逐步推进，尤其是煤改气、煤改电等政策的出台，市中小型燃煤锅炉的治理将会得到重点支持以及优化改进。
同时，行业内和政府应积极采取相关行动，通过实际行动推动市中小型燃煤锅炉的公认治理，提高环境治理水平，保障人民群众的健康生活。
家用燃煤气的技术创新新型炉具的功能和特点随着社会的不断发展和科技的进步，家庭生活方式也在逐渐改变，对于家用燃煤气的需求也在不断增加。
为了满足人们对于环保、高效和安全的需求，新型炉具的研发与创新变得尤为重要。
本文将介绍家用燃煤气技术创新新型炉具的功能和特点。
一、高效节能新型炉具的燃烧技术经过优化和改进，可以实现煤气的快速燃烧，提高热能利用率。
与传统炉具相比，新型炉具的热效率大幅度提高，燃烧效果更佳。
通过合理的气流设计和燃烧控制，有效减少了能源的浪费，达到了高效节能的目的。
二、环保减排新型炉具采用先进的燃烧技术和设备，降低了燃烧过程中产生的污染物排放量。
炉具采用高效的燃烧室设计，可以有效燃烧煤气，减少有害气体的生成和排放，如CO、NOx等。
同时，新型炉具还配备了过滤装置，能够有效净化燃烧产物，避免环境污染。
三、安全可靠家用燃煤气炉具的安全问题一直是人们关注的焦点。
新型炉具在设计上注重了安全性，通过加装安全阀、漏气报警器等装置，有效预防了因煤气泄漏而引发的安全事故。
此外，新型炉具还具备过温保护功能，当温度过高时会自动断电，避免了炉具因过热而引发的安全隐患。
四、便捷操作新型炉具注重用户体验，设计了简洁直观的操作界面和按键，方便用户使用。
炉具配备了智能控制系统，可以根据用户的需求自动调节火力和热量输出，提供了更加个性化的使用体验。
同时，新型炉具还具备自动点火功能，用户只需轻按按钮即可实现点火，操作更加便捷。
五、多功能性新型炉具不仅具备基本的炒、煮、蒸等传统功能，还拓展了更多的烹饪模式和功能。
例如，炉具配备了预约功能，用户可以提前设定好烹饪时间，让炉具在指定时间自动启动和停止；同时，炉具还具备保温和恒温功能，可以保持食物的温度和口感，提供更好的烹饪体验。
六、智能化新型炉具应用了智能化技术，在功能、操作和管理上更加智能化。
通过与智能手机的连接，用户可以通过手机控制炉具的开关、火力等，实现远程操作；同时，炉具还具备智能识别功能，可以自动识别食材种类和重量，根据食材的特点和烹饪需求提供合适的烹饪方法和调整火力大小。
第51卷第1期 Vol.51 No.l山东大学学报（工学版）J O U R N A L O F S H A N D O N G U N I V E R S I T Y (E N G I N E E R I N G S C I E N C E)2021年2月Feb. 2021文章编号：1672-3961 (2021)01-0120-08D O I： 10.6040/j.i s s n.1672-3961.0.2020.513农村地区不同炉具和燃料排放PM1Q中多环芳烃的排放特征段升飞\杨凌霄，李静姝、高洪亮\张婉\张雄飞\齐安安、王鹏程、王浥铭、庹雄1(1.山东大学环境研究院，山东青岛266237; 2.江苏省气候变化协同创新中心，江苏南京210023)摘要：为研究农村地区不同燃料在不同清洁炉具中燃烧产生P M,.。
中多环芳:!$(polycyclic aromatic hydrocarbons, P A H s)的排 放因子和排放特征，利用稀释通道法采集了 8种燃料在气化炉和解耦炉中燃烧产生的P M w样品，分析其中的P A H s含量。
结 果表明：16种组合条件下燃烧产生的P A H s排放因子为0.38~39.37 m g.k g—1,气化炉的排放因子均低于解耦炉。
燃料在气化炉中产生P A H s的排放因子顺序为E F散煤〉E F玉米E F烟煤$煤>E F松木木块> E F柞木木块〉E F兰炭=E F无烟E F玉米##压块。
菲、荧蒽、芘是生物质燃料燃烧产生PM,.。
中P A H s的主要组分，菲、荧葱、芘、苯并（b)荧蒽是煤炭燃烧产生P M h。
中P A H s的主要组分。
燃料在气化炉中燃烧产生PM,.。
中P A H s的低环比例高于解耦炉，而中高环P A H s的比例则低于解耦炉。
在满足居民取暖需求情况下，预估减排效果最好组合为气化炉+兰炭、无烟型煤或玉米秸秆压块。
关键词：PM,.。
中国环境科学 2020,40(11)：4652~4659 China Environmental Science 民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征李朋1*,吴华成1,周卫青1,张子健2,汪美顺3,李闯4,叶堃4,薛春瑜4,康玺1,周子龙1(1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院,华北电力科学研究院有限责任公司,北京 100045；2.国网冀北电力有限公司,北京 100054；3.国家电网公司,北京 100031；4.北京化工大学化学工程学院,北京 100029)摘要：研究了民用燃煤在不同燃烧阶段排放PM2.5的质量浓度分布特征.结果表明,散煤与正烧炉在旺火阶段排放颗粒物粒径主要集中在0.2µm以下(d50 =0.15µm),加煤和封火阶段在0.2~0.5µm(d50 =0.38µm),质量占比46.6%~68.97%.型煤与正烧炉在各阶段排放的颗粒物均以0.2µm以下颗粒物为主,质量占比44.64%~56.24%.扫描电镜(SEM)观察到燃煤排放PM2.5为大量超细颗粒物聚集形成的簇团状结构.用碳平衡法计算得到散煤加煤阶段的PM2.5排放因子为4.72g/kg,分别是旺火和封火阶段的12和11倍.将散煤更换为型煤,能够使得加煤阶段的PM2.5排放因子减少90.9%,从而显著降低PM2.5排放.关键词：民用燃煤；燃烧阶段；PM2.5质量粒径分布；排放因子；SEM中图分类号：X513 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2020)11-4652-08Emission characteristics of fine particulate matter at different combustion phases of residential coal. LI Peng1*, WU Hua-cheng1, ZHOU Wei-qing1, ZHANG Zi-jian2, WANG M ei-shun3, LI Chuang4, YE Kun4, XUE Chun-yu4, KANG Xi1, ZHOU Zi-long1 (1.Jibei Electric Power Research Institute, State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd., North China Electric Power Research Institute Company Limited, Beijing 100045, China；2.State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd., Beijing 100054, China；3.State Grid Corporation of China, Beijing 100031, China；4.College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China). China Environmental Science, 2020,40(11)：4652~4659Abstract：The mass distribution characteristics of PM2.5 particles during different combustion phases of residential coal were studied in this work. PM2.5 particles during the flaming phase of burning bituminous coal in an over-fire stove were mainly particulate matters (PM) with diameter below 0.2µm (d50=0.15µm) and peaked at 0.2~0.5µm (d50=0.38µm) during the fuel-adding and smoldering phases. Their mass ratio was between 46.6% and 68.97%. On the other hand, PM emitted from the whole process of burning briquettes in an under-fire stove were mainly below 0.2µm, and the mass ratio was 44.64%~56.24%. The scanning electron microscopy (SEM) observation showed that the PM2.5 particles emitted from coal-burning were cluster-like structure formed by the aggregation of a large number of ultrafine particles. Also, the emission factor (EF) of PM2.5 calculated by the carbon balance approach of the bituminous and over-fire stove in the fuel-adding phase was 4.72g/kg, which was 12 and 11 times of that in the flaming and smoldering phases respectively. The replacement of bituminous to briquette will result in the reduction of PM2.5 EFs by 90.9% during the fuel-adding phase, leading to a significant decrease in PM2.5 emission.Key words：residential coal；combustion phases；mass size distribution of PM2.5；emission factor；SEM煤炭是我国北方地区居民取暖和炊事活动的主要能源[1-2].由于民用燃煤燃烧效率低以及无污染物控制设施,其排放因子远高于工业锅炉[3],加上其覆盖范围广,是北方地区重污染天气的主要污染源[4].2015年冬季北京地区民用煤采暖对大气中PM2.5的贡献率高达70%[5].在京津冀地区,民用散煤对区域PM2.5月均浓度的贡献为46%[6].民用燃煤也被认为是导致室内空气质量恶化的重要原因[7]. PM2.5颗粒物易富集重金属等有害物质,严重危害居民身体健康[8-9].为了改善大气环境质量以及保障人民健康,国家制定了以电代煤和以气代煤等政策,减少民用煤使用量[5,10];另一方面,也推广使用更清洁的煤以及更环保的炉具以降低污染物排放[11-12].目前,关于民用煤排放特征的研究主要集中在模拟燃煤从点火,旺火至燃尽,测试整个燃烧阶段的总排放因子[13-17].民用煤在不同燃烧阶段的燃烧状态有显著区别[18],导致各个阶段的颗粒物排放特征不同,然而相关的研究报道较少.此外,在实际使用时,民用煤大部分时间处于旺火,加煤以及封火的状态[19],而排放大量颗粒物的点火阶段[20],在整个取暖收稿日期：2020-03-24基金项目：国网冀北电力公司科技项目(52018K18001D);国家电网公司总部科技项目(52010118000C)* 责任作者, 高级工程师,****************11期 李 朋等：民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征 4653季出现的频率并不高.因此,需要结合民用煤实际使用特点,研究其在不同燃烧阶段的PM 2.5排放特征以获得更准确的民用煤排放浓度以及排放因子数据.近来研究发现,民用煤在燃烧过程中排放大量数量的超细颗粒物(UFPs,粒径小于等于100nm),其数量排放因子高达2×1015~2×1016个/kg [18,20-22].不同燃烧阶段颗粒物粒径分布存在明显区别,点火阶段排放的大颗粒较多,而在旺火阶段UFPs 的数量占比高达90%[18,20].然而,文献中对民用煤不同燃烧阶段颗粒物排放特征的研究都是基于数量浓度的研究,而无论是空气质量模型对大气环境的模拟,以及室内空气质量的评价因子,都需要颗粒物的质量浓度作为参数[23].本文选择了京津冀地区常用的散煤与型煤,搭配商用正烧炉与反烧炉,并结合京津冀地区民用煤使用习惯,通过对PM 2.5颗粒物进行粒径分级,研究了民用煤在不同燃烧阶段排放PM 2.5各粒径段颗粒物的质量浓度以及粒径分布特点,通过碳平衡方法计算了各燃烧阶段的大气污染物排放因子.通过扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)研究了民用煤排放PM 2.5颗粒物形貌特征以及元素组成. 1 材料与方法 1.1 测试煤样与炉具民用散煤与型煤均来自京津冀农户家中用煤.其中散煤为山西地区烟煤,型煤来自京津冀某市推广使用煤球.2种煤样的工业与元素分析如表1中所示.正烧炉为北京老万集团生产的家用干烧炉(型号KHQ6).老万炉具在国内民用炉具市场占用率非常高,相关产品被列为北京市推荐民用采暖炉名录[24].反烧炉为某品牌水暖炉.反烧炉的结构特点是在燃烧室旁增加了一个煤仓,煤仓底部与燃烧室相连,煤首先在燃烧室点燃,当煤在燃烧室逐渐烧尽成灰时,煤仓中的煤受重力作用滚动到燃烧室中进行补充燃烧.这种结构使得煤在进入燃烧室之前,受高温影响在煤仓中进行了预脱挥发分的过程,脱出的挥发分在燃烧室进行燃烧,以降低PM 2.5和有机挥发性气体的排放[25-26].表1 民用煤的工业分析与元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of residential coal samples工业分析元素分析项目水分M ad (%) 挥发分V daf (%) 灰分A d (%) 固定碳FC d(%)低位热值Q ad (MJ/kg)N (%) C(%) H(%) S(%)散煤 10.33 31.86 4.63 63.51 26.60 0.65 70.05 4.29 0.64 型煤 2.76 10.13 23.51 66.36 24.150.68 73.95 2.33 0.49注:ad 代表空气干燥基,daf 代表干燥无灰基.1.2 采样系统图1 采样系统示意Fig.1 Schematic diagram of the sampling system采用烟道采样法测试煤在不同燃烧阶段排放污染物浓度[17],采样系统示意见图1.在距离炉具排烟口约2m 高烟囱处设置采样点,稀释系统采用Dekati Fine Particle Sampler (FPS -4000, Finland), FPS -4000系统的采样枪前端包含一个PM 2.5旋风分离器,用以去除烟气中粒径大于2.5µm 的气溶胶颗粒物.压缩空气经过除水和除尘后进入稀释系统. FPS -4000系统通过动态调节压缩空气的进入量,保持稳定的稀释比,有效避免烟气流量和温湿度的变化对采样造成的干扰.按照ISO25597:2013的规定[27],稀释比不小于20:1,本研究稀释比控制在25:1.稀释器前端采样枪伴热温度为120o C,以避免颗粒物的热泳沉积和烟气冷凝[16].PM 2.5以下各粒径段颗粒物的收集采用Dekati Gravimetric Impactor (DGI 1570, Finland),采样流量为60L/min,采样滤膜采用Teflon 膜.根据采样条件以及烟气参数,计算得到DGI 的各撞击段采样膜收集4654 中 国 环 境 科 学 40卷颗粒物的切割粒径d 50分别为2.74,1.11,0.56, 0.24µm;最后一级70mm 的Teflon 膜收集0.24µm 以下的所有颗粒物.由于稀释采样器的前端设置了PM 2.5切割器,DGI 撞击器的第一级膜(对应d 50为2.74µm)收集的颗粒物可忽略不计,本文中不予分析.烟气中CO 、CO 2、NO 、NO x 、SO 2以及烟气温度和氧含量等参数通过德图烟气分析仪(Testo 350, Germany)进行同步测试. 1.3 采样过程民用散煤燃烧全周期可分为点火阶段、旺火阶段、低负荷取暖阶段、炊事阶段、封火阶段[26],分别对应了煤的不同燃烧状态[14].而在实际使用过程中,民用散煤的主要燃烧状态为旺火、加煤以及封火状态[19].本文研究这3个阶段的排放特征.在实验中,先将煤点燃后将调风门完全打开,煤充分燃烧进入旺火阶段;旺火阶段后将炉膛加满煤进入加煤阶段;加煤阶段结束后再添加煤,将调风门完全关闭进入封火阶段.反烧炉由于其结构特点,在燃烧过程中燃煤由煤仓自动补充,因此在实验中只区分为旺火阶段与封火阶段.不同的燃烧阶段可以通过烟气温度、是否有明烟以及CO 含量进行区分[18].待燃烧稳定时进行取样,每组DGI 采样时间为30min,同组实验至少进行2次以保证数据可靠性. 1.4 数据分析采样用Teflon 膜通过精度为0.01mg 的天平(Sartorious Cubis 系列,MSA 型,Germany)进行称重.Teflon 膜在采样前后于恒温恒湿环境下恒重48h,记录其重量为W 1;第1次称重完成后,在干燥器中恒重24h,再进行称重,记录重量为W 2.以2次重量之差≤0.04mg 为满足恒重要求,最后以W 2作为采样膜重量.颗粒物的粒径分布用D p -d M /d(log D p )表示,计算公式如下:p p d /d(log )(log )MM D D Δ=Δ (1) 式中:D p 为颗粒的空气动力学直径,µm;ΔM 为某级的质量浓度,mg/Nm 3;p (log )D Δ为DGI 撞击器某级的颗粒物粒径上限与下限的对数差值.本文为了便于展示,使用平均粒径D i 表DGI 各个粒径段[28],其值分别为5.24,1.74,0.78,0.36,0.049µm.Telfon 膜上收集的颗粒物的微观形貌通过扫描电镜(SEM,Zeiss EVO -18, Germany)进行观察,样品不喷金处理,图像采集信号模式为背散射模式(NTS BSD),加速电压20kV .颗粒物的成分通过能谱EDS(Energy Dispersive Spectroscopy, Oxford instruments, England)进行分析.对煤燃烧后的灰样进行元素分析,烟气中各污染物的排放因子通过碳平衡法进行计算[29]. 2 结果与讨论从图2可见,旺火阶段与加煤和封火阶段的粒径分布特点存在明显不同,旺火阶段的颗粒物质量浓度的峰值出现在0.2µm 以下粒径段,其质量占比约为68.97%(表2).在加煤阶段,颗粒物质量浓度的峰值出现在0.2~0.5µm 粒径段,其质量占比约为50.6%,加煤阶段各粒径段颗粒物质量浓度明显高于旺火和封火阶段.此外,在加煤阶段排放的0.2µm 以下颗粒物浓度也很高,其质量占比约为23.49%,与0.5~1µm 粒径段颗粒物质量浓度接近.在封火阶段,颗粒物质量粒径分布特点与加煤阶段类似,质量浓度峰值出现在0.2~ 0.5µm 粒径段,其质量占比约为46.66%,其次为0.2µm 以下粒径段,其质量占比约为29.18%.粒径(D i ,µm)图2 散煤与正烧炉在不同燃烧阶段质量粒径分布Fig.2 Particle mass size distribution during differentcombustion phases from bituminous and over -fire stoveRosin -Rammler 分布函数(R -R 分布)被广泛用于描述某一粒径以上或以下颗粒物在全粒径范围内的质量分数[30].其表达式如下:p1100(1e)n bD D R −=−=− (2)式中:D 与R 分别筛下与筛上质量累计分数,%;b 为粒径分布系数;n 为粒径分布指数.在式(2)中取D 为11期 李 朋等：民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征 465550%,对应的D p 为中位粒径d 50.表2 不同煤种与炉型在不同燃烧阶段PM 2.5各粒径段质量占比Table 2 Mass percentage of size -segregated PM 2.5 duringdifferent combustion phases from three stove -coalcombinations不同粒径段质量占比(%)煤种+炉型 燃烧阶段 1~2.5µm 0.5~1µm 0.2~0.5µm <0.2µm PM 2.5(mg/Nm 3)旺火 10.95 6.73 13.35 68.97 9.29加煤 3.47 22.4350.60 23.49 84.29 散煤+ 正烧炉 封火 11.12 13.0446.66 29.18 3.36 旺火 6.43 17.9719.36 56.24 6.03 加煤 7.39 14.0823.91 54.62 7.31 型煤+ 正烧炉 封火 24.39 5.77 25.20 44.64 2.90旺火 9.28 12.1440.43 38.14 9.10 型煤+ 反烧炉封火 11.66 16.5533.89 37.91 5.23表3 不同煤种与炉型各燃烧阶段d 50与R -R 拟合特征值 Table 3 The d 50 and R -R fitting characteristic numbers duringdifferent combustion phases from three stove -coalcombinations煤种+炉型 燃烧阶段 d 50(µm)b n γ2旺火 0.15 3.04 0.77 0.9729 加煤 0.38 4 1.83 0.9991 散煤+ 正烧炉 封火 0.36 2.83 1.36 0.9894 旺火 0.21 2.55 0.84 0.9922 加煤 0.21 2.67 0.87 0.9952 型煤+ 正烧炉 封火 0.30 1.65 0.73 0.9802 旺火 0.30 2.83 1.17 0.9944 型煤+ 反烧炉封火 0.32 2.19 1.02 0.9975注:γ2代表相关性.从图3可见,粒径分布能很好的用R -R 曲线进行拟合.从旺火阶段到加煤阶段,颗粒物中位粒径d 50由0.15µm 上升至0.38µm,粒径增大了1倍多;而加煤阶段与封火阶段的中位粒径接近.研究表明,在民用散煤燃烧过程中,更好的燃烧状态有利于排放更多数量的超细颗粒物[18,20].这与本研究中不同阶段颗粒物质量粒径分布特征一致.值得注意的是,虽然加煤阶段比旺火阶段的中位粒径要大接近一倍,但在0.2µm 以下粒径段,加煤阶段产生的颗粒物质量浓度仍明显高于旺火阶段,这表明在加煤阶段仍然会排放大量超细颗粒物,只有到了封火阶段,超细颗粒物的浓度才会明显降低.其可能原因在于,加煤阶段与文献报道中点火阶段的排放特点相似,都会产生大量的颗粒物[24].但与文献报道[24]中点火阶段不同,在加煤阶段炉膛处于高温状态,有利于燃料中的挥发性物质生成超细颗粒物.D p (µm)D (%)图3 散煤与正烧炉不同燃烧阶段筛下质量累计分数与R -R分布拟合曲线Fig.3 Accumulative particle mass size distribution and R -R fitting curves of bituminous and over -fire stove at differentcombustion phases从图4可见,型煤与正烧炉在各个燃烧阶段,颗粒物排放的质量浓度峰值均出现在0.2µm 以下粒径段.旺火阶段与加煤阶段在各粒径段的质量占比非常接近(表2),0.2µm 以下粒径段颗粒物的质量占比均在50%以上.这与散煤在各阶段的燃烧特点有很大不同,其可能原因在于型煤的挥发分更低,燃烧状态远不如散煤剧烈,导致其旺火阶段和加煤阶段颗粒物质量浓度分布特征区别不明显.Wang 等[20]的研究发现,国内推广使用的旨在减少PM 2.5排放的“清洁煤”和“清洁炉具”,并不能有效减少超细颗粒物的排放.本研究中,更清洁的煤在PM 2.5以下各粒径段排放质量浓度均有所降低,但排放出的颗粒物以更小粒径颗粒物(0.2µm 以下)为主.如图5中所示,型煤与正烧炉各阶段颗粒物粒径分布比较符合R -R 分布函数.型煤在旺火和加煤阶段颗粒物中位粒径d 50均为0.21µm,在封火阶段上升至0.3µm.与散煤相比其旺火燃烧时排放的颗粒物粒径更大,而加煤时排放的颗粒物粒径更小.如图6与图7中所示,型煤与反烧炉在旺火阶段与封火阶段的粒径分布特点相似,中位粒径均在0.3µm 左右,旺火阶段的颗粒物排放浓度高于封火4656 中 国 环 境 科 学 40卷阶段.与使用正烧炉相比,其在各粒径段的排放浓度未见明显下降,但排放颗粒物中0.2µm 以下颗粒物占比有所减少.更充分的燃烧通常排放更小粒径的颗粒物[18],这也反映了型煤在反烧炉中的燃烧状态更温和.粒径(D i ,µm)图4 型煤与正烧炉在不同燃烧阶段质量粒径分布 Fig.4 Particle mass size distribution of briquette and over -firestove at different combustion phasesD p (µm)D (%)旺火阶段 加煤阶段 封火阶段旺火阶段拟合曲线加煤阶段拟合曲线封火阶段拟合曲线图5 型煤与正烧炉不同燃烧阶段筛下质量累计分数与R -R分布拟合曲线Fig.5 Accumulative particle mass size distribution and R -R fitting curves of briquette and over -fire stove at differentcombustion phases民用燃煤的PM 2.5排放因子与散煤的组分、炉具类型以及燃烧方式等因素密切相关[11,13,15,21,31-32],从表4可见,各阶段PM 2.5排放因子为0.22~4.72g/kg.刘源等[14]测试6种散煤的PM 2.5排放因子在0.78~ 11.06g/kg,Li 等[12]、张琦等[17]用老万炉具测试20种民用煤的PM 2.5排放因子为0.23~3.62g/kg,与本研究结果接近.粒径(D i ,µm)图6 型煤与反烧炉在不同燃烧阶段质量粒径分布 Fig.6 Particle mass size distribution of briquette and under -fire stove at different combustion phasesD p (µm)D (%)图7 型煤与反烧炉不同燃烧阶段筛下质量累计分数与R -R分布拟合曲线Fig.7 Accumulative particle mass size distribution and R -R fitting curves of briquette and under -fire stove at differentcombustion phases从图8中可以看出,散煤与正烧炉在加煤阶段排放的PM 2.5质量浓度最高,为84.29mg/Nm 3,是其旺火和封火阶段的9和25倍;其在加煤阶段的PM 2.5排放因子为4.72g/kg,分别是旺火和封火阶段的12和11倍.如果将散煤更换为型煤,则其在加煤阶段的PM 2.5排放浓度降低到7.31mg/Nm 3,而PM 2.5排放因子下降至0.43g/kg,分别减少了91.3%和90.9%.在封火阶段,型煤与散煤相比,PM 2.5质量浓度由3.36mg/Nm 3下降至2.90mg/Nm 3,PM 2.5排放因子由0.43g/kg 下降至11期 李 朋等：民用燃煤不同燃烧阶段细颗粒物排放特征 46570.22g/kg,分别减少了13.7%和48.8%.可以看出,使用挥发分更低的型煤能显著降低PM 2.5排放.表4 不同煤种与炉型各燃烧阶段污染物排放因子Table 4 Emission factors during different combustion phases from three stove -coal combinations煤种+炉型 燃烧阶段烟温(°C)E -CO 2(g/kg)E -PM 2.5(g/kg)E -CO(g/kg)E -NO(g/kg)E -NO x (g/kg)E -SO 2(g/kg)旺火 566.41±5.1 2432.86±0.110.38±0.24 0.68±0.07 2.21±0.04 3.54±0.08 1.81±0.19 加煤 352.01±39.4 2399.08±22.4 4.72±0.9 22.18±14.28 3.25±0.18 5.24±0.3 3.11±0.1 散煤 +正烧炉 封火 132.88±6.14 2357.42±12.50.43±0.07 48.69±7.98 1.30±0.27 2.08±0.44 1.53±0.78 旺火 371.21±35.4 2575.71±7.00.40±0.11 9.18±4.45 1.62±0.3 2.60±0.5 2.67±1.5 加煤349.6±4.85 2559.40±8.530.43±0.01 19.55±5.43 2.26±0.09 3.63±0.14 3.16±0.05 型煤 +正烧炉 封火 164.15±6.09 2558.78±4.110.22±0.12 19.96±2.62 1.02±0.24 1.65±0.41 0.53±0.3 旺火 283.50±36.5 2585.90±3.060.29±0.1 2.70±1.9 1.16±0.38 1.87±0.62 1.52±0.99 型煤 +反烧炉封火 51.46±0.67 2352.16±0.090.30±0.21 151.44±0.06 0.38±0.07 0.59±0.12 -注:“-”代表低于仪器检测限值.P M 2.5质量浓度(m g /m 3)图8 不同煤种与炉型在不同燃烧阶段排放PM 2.5质量浓度比较Fig.8 M ass concentrations of PM 2.5 during different combustion phases from three stove -coal combinations能量(keV)图9 反烧炉与型煤封火阶段簇状团聚体PM 2.5颗粒物典型SEM 图与能谱Fig.9 SEM image and EDS spectra of PM 2.5particles with cluster -like aggregate structure from the smoldering phaseof briquette and under -fire stove反烧炉作为推广使用的清洁炉具,在实践中常被建议与型煤搭配使用以减少民用燃煤PM 2.5的排放.从本研究结果看,反烧炉的使用效果并不理想,其在旺火和封火阶段的PM 2.5排放浓度均高于正烧炉,更重要的是,在实验中观察到型煤在反烧炉中燃烧状态不佳,尤其是在封火状态,从其低排烟温度和高CO 排放因子也能体现,这在实际使用时将严重影响取暖效果.反烧炉相比正烧炉结构更复杂,要达到良好的取暖和减排效果对炉具质量要求较高,这也是反烧炉具还没有在市场上广泛推广的原因之一.能量(keV)图10 球形PM 2.5颗粒物典型SEM 图与能谱 Fig.10 SEM image and EDS spectra of PM 2.5 particles withspherical granular structure图片为反烧炉与型煤旺火阶段;图内插为散煤与正烧炉旺火阶段4658 中国环境科学 40卷对收集得到PM2.5颗粒物进行扫描电镜观察,发现散煤与型煤在燃烧过程中排放的PM2.5颗粒物形貌主要为簇状团聚体,典型结构如图9中所示.这种结构与燃煤电厂排放PM2.5颗粒物有着明显区别,后者大部分为规则的球状结构[33].这种簇状团聚体由大量亚微米级甚至纳米级无定型碳结构团聚而成,这也能解释本研究以及文献报道[18,20-22]中发现,散煤在燃烧过程产生大量超细颗粒物.对簇状团聚体进行能谱分析,发现其主要元素为C,此外还包含Cl、S、K、Na等元素.此外,在旺火阶段,能发现在无定型碳的团聚体中,分布一些球形颗粒物,典型结构如图10中所示.对球形颗粒物进行能谱分析,发现其主要元素为C,此外还含有Fe、Si、Ca、Al以及K、Na、Cl、S等元素.张银晓等[34-36]对民用燃煤排放PM2.5颗粒物用透射电镜(TEM)进行了单颗粒分析,发现球形颗粒物为有机碳颗粒,而簇状团聚体为元素碳聚集体,其表面大部分被有机物包裹.从SEM结果可以看出,在旺火阶段,燃煤排放PM2.5颗粒物中有机碳颗粒物含量明显上升.3结论3.1散煤与正烧炉在旺火阶段排放的PM2.5颗粒物粒径集中在0.2µm以下,而在加煤与封火阶段,排放颗粒物以0.2~0.5µm为主,质量占比为46.6%~ 68.97%;在加煤阶段排放0.2µm以下颗粒物明显高于旺火阶段.型煤与正烧炉在各阶段排放的颗粒物均以0.2µm以下为主,质量占比为44.64~56.24%. 3.2散煤与正烧炉从旺火阶段到加煤阶段,颗粒物中位粒径d50由0.15µm上升至0.38µm,增大了1.53倍.与散煤相比型煤旺火燃烧时排放的颗粒物粒径更大,而加煤时排放的颗粒物粒径更小.3.3散煤与正烧炉在加煤阶段的PM2.5排放因子为4.72g/kg,分别是旺火和封火阶段的12和11倍.如果将散煤更换为型煤,则其在加煤阶段的PM2.5排放浓度和排放因子将分别减少91.3%和90.9%.使用挥发分更低的型煤能显著降低PM2.5排放,而使用反烧炉并不能减少PM2.5排放.3.4 SEM观察民用煤排放PM2.5颗粒物为大量超细颗粒物聚集形成的簇团状结构,在旺火阶段能观察到更多球状颗粒物. 参考文献：[1] Cheng M M, Zhi G R, Wei T, et al. 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不同燃煤方式对煤粉燃烧器燃烧特性的影响研究燃煤是目前世界上最主要的能源之一，但由于其高碳排放和环境污染问题，研究如何提高燃煤过程的燃烧效率和减少污染物排放已成为重要的课题之一。
煤粉燃烧器作为煤粉燃烧的核心设备，其燃烧特性对整个燃煤系统的性能具有重要影响。
煤粉燃烧器是一种利用煤粉在空气中进行燃烧的设备，通过将煤粉与空气充分混合后喷入燃烧器中，实现煤粉的燃烧。
在不同燃煤方式下，煤粉燃烧器的燃烧特性会发生变化，进而影响燃烧效率和污染物排放。
首先，研究发现燃煤方式对煤粉燃烧器的燃烧稳定性有着显著影响。
在一般燃煤燃烧方式下，燃烧过程中煤粉容易发生堆积和堵塞，导致燃烧不稳定。
而在高温燃烧方式下，燃煤时煤粉与空气的混合更加充分，燃烧过程更为稳定。
因此，选择适当的燃煤方式，可以提高煤粉燃烧器的燃烧稳定性。
其次，燃煤方式对火焰形态和温度分布也有着重要影响。
在一般燃煤燃烧方式下，火焰形态较为不规则，温度分布不均匀，导致燃烧效率低下。
而在高温燃烧方式下，火焰形态更为均匀，温度分布更加稳定，有利于提高燃烧效率。
因此，选择适当的燃煤方式，可以改善火焰形态和温度分布，提高燃烧效率。
此外，燃煤方式对煤粉燃烧器的污染物排放也有影响。
在一般燃煤燃烧方式下，由于燃烧不充分，会产生大量的一氧化碳、氮氧化物等有害气体。
而在高温燃烧方式下，由于燃烧效率高，污染物排放量较低。
因此，选择适当的燃煤方式，可以减少污染物的排放。
除了燃煤方式，煤粉燃烧器设计参数的选择也对燃烧特性有着重要影响。
燃煤方式与燃烧器的燃烧稳定性、火焰形态、燃烧温度和污染物排放之间存在着复杂的相互关系。
燃料性质、煤粉粒度、风速等参数的选择，会直接影响到燃烧器的工作状态和燃烧特性。
综上所述，不同燃煤方式对煤粉燃烧器的燃烧特性具有重要的影响。
选择适当的燃煤方式，可以提高燃烧效率，减少污染物排放。
同时，合理选择燃烧器设计参数，可以进一步优化燃烧特性，提高煤粉燃烧器的性能。
针对不同的实际应用情况，需要综合考虑各种因素，并进行相应的优化和改进。
燃煤与燃气锅炉能效测试对比及分析摘要：随着我国社会经济的快速发展，雾霾问题也变得越来越严重，不仅雾霾天气出现的频率越来越高，而且在严重程度上也比以前有所增大，严重危害人们身体健康，因此治理雾霾天气造成的环境污染问题迫在眉睫。
在北方，冬季供暖燃煤是造成雾霾的主要原因，一方面煤的燃烧必然会导致二氧化硫和其他烟尘、粉尘等大量污染物的排放，烧煤取暖势必会加剧雾霾天气的形成与恶化；另一方面，煤炭资源属于不可再生资源，多年对煤炭的过度开发使用，也导致当地生态环境破坏严重，资源面临枯竭。
实施煤改清洁能源是治理雾霾的一个有效手段。
为改善大中型城市的大气污染状况，我国调整了燃料政策，鼓励公共企业事业单位使用天然气，同时也促进了燃气锅炉的发展。
关键词：燃煤与燃气锅炉；能效测试；对比前言随着我国能源需求和消费量的不断扩大，环境污染问题日趋严重．燃煤工业锅炉占我国锅炉总数量的60％左右，如何将其进行改造使用现有清洁燃料成为现今人类不断探索的一项课题，新炉型的创新设计和老旧锅炉的改造应运而生。
煤炭作为传统能源燃料，其燃烧后的产物中含有大量烟尘和有毒有害气体．天然气作为一种清洁能源不仅燃烧效率高，燃烧后产物无毒无害，因此备受用户青睐．燃煤锅炉能够改造成燃气锅炉的主要原因是燃煤锅炉炉膛容积热强度一般是燃气锅炉的三分之一至四分之一，因而在相同的容量下，燃煤锅炉的炉膛容积大于燃气锅炉。
1性能对比燃气锅炉与燃煤锅炉相比具有以下优点：（1）燃气锅炉燃烧完全，排烟无污染，对环境友好。
据测试，燃气锅炉的排烟黑度为0林格曼级，SO2含量极少，燃烧效率可达99％以上。
（2）燃气锅炉启停方便，升温快，传热效果好，热辐射能力强，排烟温度低，对于间歇运行的锅炉，可以省去压火过程的热损失，有利于提高热效率。
当然，由于温升快，炉体温度变化剧烈，有损于锅炉寿命。
（3）燃气燃烧完全，无飞灰，没有燃煤锅炉那种颗粒冲刷炉体的现象，传热面上无积灰，有利于传热，从这一方面来讲，也有利于延长炉体寿命。
关于市中小型燃煤锅炉污染治理对策的调研报告市中小型燃煤锅炉是城市中普遍存在的一种供暖设备。
这种设备在使用过程中往往会产生大量污染物，对环境和人类健康造成不良影响。
为了治理这些污染物，各地政府采取了一系列的对策。
本调研报告主要针对这些对策进行了调研，以期推进市中小型燃煤锅炉的污染治理工作。
一、调研对象参与本次调研的对象包含四个不同城市的小区和居民家庭，共计200户居民。
这些小区和居民家庭均使用了市中小型燃煤锅炉作为主要供暖设备。
二、问题分析在实地调研过程中，我们发现市中小型燃煤锅炉污染治理存在以下问题：1. 监管不严格。
虽然各地政府都颁布了相应的治理政策，但是具体的执行情况并不理想。
存在一些使用老旧锅炉或者未经严格排放监测的情况。
2. 部分居民不愿改变使用习惯。
由于市中小型燃煤锅炉运行费用相对较低，一些居民不愿意更改使用方式，仍然采用煤炭作为主要能源，导致污染问题仍然比较突出。
3. 技术更新需要推进。
一些小区和家庭尚未引入新型的清洁能源供暖设备，导致排放污染物的问题依旧存在。
市中小型燃煤锅炉技术的更新需要被推进，以更好地满足新鲜空气标准的要求。
三、治理对策为解决这些问题，以下几种治理对策可以被采用：1. 认真执行政策。
政府应该更加严格地执行市中小型燃煤锅炉污染治理政策，并且加强监管力度，杜绝不良行为。
同时政策的实行应该加强宣传，让更多人了解减少污染的重要性。
2. 引导居民使用清洁能源供暖。
对于使用市中小型燃煤锅炉这样的老旧设备的居民，政府可以通过补贴等方式鼓励引入新型清洁能源供暖设备。
这样不仅能够更好地避免污染，也对环境和居民健康带来好处。
3. 推进技术，提高采暖效率。
市中小型燃煤锅炉作为一种主要供热设备，需要推进技术革新，提高采暖效率，减少污染产生。
同时，通过技术创新，锅炉烟气的NOX和CO2等排放浓度可以被大幅度下降。
四、结论市中小型燃煤锅炉污染治理的工作，需要政府和居民加强合作，共同努力。
在政策执行和技术更新上，政府需要进一步推进进步，而居民也需要积极主动参与环保活动，更好地保护大家的生活环境和健康。
不同品质煤的着火动力学参数研究今天，煤是我国能源结构中的主要来源。
从应用角度来看，不同品质的煤在经过表观活化处理后具有不同的性能，因此，详细探讨不同品质煤着火动力学参数对煤的热性能和结构性能具有重要意义。
首先，根据国内外资料，可以知道，不同品质的煤的物理性质和化学性质的差异较大，将影响其着火性能。
因此，研究多种品质煤的着火性能参数，能准确地反映其着火特性，是理解煤着火特性和消除煤火灾风险的重要研究课题。
其次，要研究不同品质煤的着火特性，首先必须针对不同的品质煤，测定其着火动力学参数。
首先，可以使用西谙热量激活实验法测定煤样品的自燃温度，以及热容量、密度和灰分等物理性质，以了解煤的物理特性；其次，使用MethCheck实验法可以定量分析煤及其煤渣样品的有机组分；最后，可以使用穿透电子显微镜和X射线能谱仪结合化学分析仪研究煤样品的结构特征。
最后，针对不同品质的煤，采用室温至高温条件下的热量激活实验，结合多种着火动力学实验，研究不同品质煤的着火特性，探讨其着火动力学参数，如易燃温度、热容、反应活性、反应速率、冒烟温度、烟气组成及比热等。
这些参数对于提高我国煤炭的利用效率，减少火灾风险具有重要意义。
综上所述，不同品质煤的着火动力学参数研究具有重要的理论和实践意义，研究该课题有助于改善我国煤炭的利用效率，提高煤炭的安全性，减少火灾的发生。
只有通过不断的实验研究，才能进一步研究多种品质煤的热性能和结构性能，使我国的煤炭质量得到提高，生产安全高效。
关于不同品质煤的着火动力学参数研究，也在不断发展。
科学家通过实验，发现不同品质煤具有不同的着火特性；通过仿真分析，可以发现煤着火过程中各种因素之间的关系；通过大量实验，可以找出影响不同品质煤着火特性的关键参数，并设计出更安全、高效的煤炭利用方式。
另外，多年来，我国煤炭工业安全稳定发展，充分利用煤炭资源，稳步推进煤炭结构性改革，为可持续利用煤炭提供了强有力的保障。
以上就是本文关于“不同品质煤的着火动力学参数研究”的研究内容。
废热锅炉与传统炉灶的能效比较随着人们对环保意识的增强，节能减排成为社会各界关注的重点。
在工业和家庭领域，炉灶及锅炉作为主要的热能供应设备，对能源消耗和排放有着重要的影响。
本文将对废热锅炉和传统炉灶的能效进行比较，并探讨废热锅炉的优势和市场普及前景。
一、传统炉灶的能效传统炉灶，如煤气炉和电炉等，广泛应用于家庭、饭店和工业生产中。
然而，传统炉灶在能效方面存在一些问题。
煤气炉：使用天然气或液化气作为燃料，燃烧时会产生大量的热量，但燃烧效率较低。
煤气燃烧产生的废气和废渣不仅污染环境，而且浪费了大量的能源。
电炉：电炉通过电流加热来产生热能，相对于煤气炉，电炉的能源利用率较高。
但是，电炉的能效受到电能转换效率的影响。
在电能的传输和转换过程中会因为电阻和损耗导致能源的浪费。
综上所述，传统炉灶在能效方面存在诸多问题，高耗能和高排放已经不符合当今节能减排的要求。
二、废热锅炉的能效废热锅炉是一种能够利用工业生产过程中产生的废热进行再利用的设备。
其工作原理是通过回收废气、废水或废热管道中散失的热量来加热水或其他介质，实现能量的再利用。
废热锅炉在工业领域的应用非常广泛，主要用于钢铁、化工、纸制造和电力等行业。
废热锅炉可以从高温废气中回收热能，用来加热介质，比如水或蒸汽，从而降低能源消耗和排放。
废热锅炉的能效远高于传统炉灶，这主要得益于以下几个方面：1. 能量回收：废热锅炉能够从废气中回收热量，将其转化为有用的能源，降低了能源的浪费。
2. 高效转换：废热锅炉的热能转换效率通常较高，能够将废热转化为热水或蒸汽，用于供暖、生产过程或发电等，提高了系统能源利用效率。
3. 环境友好：由于废热锅炉能够利用工业过程中产生的废热，减少了废气和废水的排放，对环境的污染更小。
废热锅炉的能效高、环保性好，因此在工业领域得到了广泛应用。
尤其是在资源紧缺和环境压力加大的情况下，废热锅炉具有重要的经济和环境效益。
三、废热锅炉市场前景随着节能减排政策的推进和能源消耗问题的凸显，废热锅炉市场前景广阔。
论低挥发分煤以及Ｗ型火焰锅炉燃烧技术问题(一)论文关键词：低挥发分煤“W”型火焰锅炉燃烧论文摘要：本文研究探讨了低挥发分煤燃烧特性和W型火焰炉燃烧技术发展及存在问题，这对于建设我国资源节约型社会有重要意义和指导意义。
0引言我国是一个以煤为主要一次能源的国家，目前煤占能源泉消费的70％以上。
随着经济社会的发展，我国能源需求不断增长，资源短缺现象逐渐显露出来。
2003年我国能源消费总量16.78亿t标准煤，比上年增长10.1％，其中，原油消费量2.52亿t，增长12％；全年原油进口量9112.63万t，同比增长31.1％；出口原油813.33万t，同比增长12.84％。
2003年全国生产原煤16.67亿t，其中发电用煤炭的消费已经达到8.5亿t，占全部煤炭消费的50％以上；原油产量1.69亿t；天然烟气产量达341.28亿m3。
因此，研究低挥发分煤燃烧特性和W型火焰炉燃烧技术发展及存在问题，对于发展我国资源节约型社会有重要意义，也成为学术界和电力企业的一个研究热点。
1低挥发分煤燃烧特性1.1低挥发分煤的热解特性煤粒被加热超过一定温度后，就进入了热解阶段。
这时煤粒释放出焦油和气体，并形成剩余焦碳。
煤粒被加热时所释放出挥发分的重量和成分与其热解的条件有关，即主要取决于加热的升温速度、加热的最终温度和在此温度下的持续时间。
根据加热时升温速度的不同，一般可把煤的热分解过程分为快速、中速和慢速热分解。
这不仅由于热解是煤燃烧过程中一个重要的初始过程，对着火过程有极大的影响，也因为热解是其它转换过程，如气化、液化、精炼等的重要步骤，同时也与污染物的形成有密切关系。
深入研究煤粉的热解机理，有助于了解煤粉的着火与燃烧过程，对煤粉燃烧设备的设计具有重要的指导意义。
煤受热时，对构出气体采样并用气相色谱法进行分析，发现当温度低于200～300℃时，析出的气体几乎完全是吸附在微粒及晶格间的水分和结晶水，随着温度的升高，析出的产物依次是CO2、CO、CH4和H2，而后在较高的温度下析出称之为沥青的重要碳氢化合物。
㊀第23卷第4期洁净煤技术Vol．23㊀No．4㊀㊀2017年7月Clean Coal TechnologyJuly㊀2017㊀民用散煤污染治理(I )不同炉具燃烧特性的对比试验研究梁㊀斌1,2,宋㊀华1,2,白浩隆1,2,武㊀琼1,2,柏奖枝1,2,杨晓辉1,2,蓝㊀天1,2(1.兖矿集团有限公司,山东济宁㊀273599;2.兖矿科技有限公司,山东济南㊀250100)摘㊀要:为了提高市面上炉具的燃烧效率,降低民用煤散烧污染物排放,获取市面上不同燃烧方式民用炉具的燃烧特性,考察了兖矿集团研制的高效改性烟煤型煤在兖矿蓝天解耦燃烧炉具和市面上6种典型的民用炉具中的燃烧特性,包括上火速度㊁火力强度㊁烟气温度㊁热负荷㊁CO 排放浓度等㊂根据燃烧方式可将炉具分为3类,分别是正烧类炉具㊁反烧类炉具及解耦燃烧炉具㊂结果表明,正烧类炉具具有较高的上火速度及火力强度,分别达到8ħ/min 和2kW 以上,但使用过程中烟囱有大量黑烟冒出,烟气污染物排放浓度高,并且排烟温度较高,平均达到300ħ左右,导致炉具热效率低,热负荷难以控制,需频繁加煤,导致炉具燃烧和污染物排放具有极强的周期性;反烧类炉具因其多回程的炉膛结构原因,大部分不具备炊事功能,炉具使用过程基本无烟,减少了PM 2．5以及有机挥发分气体的排放,运行过程较为稳定,但由于其贯穿炉膛的送风及燃烧方式,导致料层容易烧穿,冒出大量黑烟㊂解耦炉具的上火速度与火力强度分别可达到6ħ/min 及2kW 以上,具有较好的炊事能力,使用过程无烟,且平均烟气温度不超过250ħ,热效率高,热负荷易于调节,加煤周期较长,燃烧㊁供热稳定㊂同时,解耦炉具通过合理的一㊁二次风配比,使型煤充分燃烧,CO 排放浓度低于普通正烧及反烧类炉具㊂通过 煤炉匹配 在实现烟煤无烟化燃烧的同时,达到上火快,火力强,好使用的目的㊂关键词:民用散煤;炉具;燃烧特性;污染治理中图分类号:TQ534㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)04-0089-06收稿日期:2017-05-30;责任编辑:孙淑君㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.04.014基金项目:兖矿集团有限公司重大科技专项资助项目(YK2016ZD01-H05)作者简介:梁㊀斌(1988 ),男,陕西西安人,工程师,硕士,从事煤炭洁净化利用及燃煤污染物排放治理的研究㊂E -mail :51912255@ 引用格式:梁斌,宋华,白浩隆,等.民用散煤污染治理(I)不同炉具燃烧特性的对比试验研究[J].洁净煤技术,2017,23(4):89-94.Liang Bin,Song Hua,Bai Haolong,et al.Prevention and control of air pollution from the household coal combustion Part I:A comparative experi-mental on combustion characteristics of household coal stoves of different designs[J].Clean Coal Technology,2017,23(4):89-94.Prevention and control of air pollution from the household coal combustionPart I :A comparative experimental on combustion characteristics ofhousehold coal stoves of different designsLiang Bin 1,2,Song Hua 1,2,Bai Haolong 1,2,Wu Qiong 1,2,Bai Jiangzhi 1,2,Yang Xiaohui 1,2,Lan Tian 1,2(1.Yankuang Group Co.Ltd.,Jining ㊀273599,China ;2.Yankuang Technology Co.Ltd.,Jinan ㊀250100,China )Abstract :In order to improve the combustion efficiency of the furnace on the market,and reduce the discharge of pollutants from civilian coal,and obtain different combustion patterns on the market of civil combustion characteristics,the combustion characteristics of chemical additives containing bituminous coal briquettes,developed by Yankuang Group Company,were experimentally investigated in newly devel-oped staged pyrolysis -semi coke combustion stove and 6other commercial household coal stoves.Water boiling speed,fire intensity,flue gas temperature,thermal power output,and CO emissions were measured and compared.The coal stoves were classified into 3categories according to the air -flue gas flow mode,namely,updraft stove,downdraft stove and pyrolysis -semi coke combustion staged stove.Results demonstrate that the updraft stoves have higer water boiling speed and fire intensity,respectively at 8ħ/min and over 2kW.But this typeof stoves emit heavy black smokes from the stack,causing serious air pollution.The thermal efficiency of the updraft stoves is low,and it is982017年第4期洁净煤技术第23卷difficult to control the thermal power output,primarily due to the high flue gas temperature,which is average as high as300ħ,resulting in it is required frequent coal addition,and thus the furnace combustion and pollutant emissions have a strong cyclical.For the downdraft stoves,most of them cannot provide cooking functionality because of the multi-upward/downward flue gas flow path designs.The downdraft stoves can achieve smokeless combustion and emission,contributing to reduction in the PM2.5and VOCs emissions.The downdraft stoves require less frequent coal addition,and the combustion process is relatively stable.However,due to the air flows downward through the en-tire coal packed in the stove,the coal pack is easily burnt through,leading to emerging serious smoke.The decoupling stoves are designed by separation of air starving pyrolysis process and air–rich semi-coke combustion process,which leads to appreciable NO x reduction.The decoupling stoves can be characterized by higher fire speed and intensity(higher than6ħ/min and2kW respectively),excellent cooking ability,stable heat supply and higher thermal efficiency as results of complete coal briquette combustion and lower flue gas temperature (less than250ħ).Smokeless emission is achieved throughout the combustion process.The thermal power output is easy to adjust,and coal addition is much less frequent.Benefited by appropriate air staging supply,the complete coal combustion results in lower CO emission compared to other types of coal stoves.It can be concluded that by adapting the coal-stove matching principle,the combustion of bitumi-nous coals can achieve smokeless,along with the features of high fire speed and intensity,ease to use and thus customer adoption. Key words:household coal;stove;combustion characteristic;pollutant emission control0㊀引㊀㊀言目前,全国民用散煤年消耗量2亿t左右,约占煤炭消耗量的4．7%,全年产生74．9万吨PM2．5排放㊁416．06万吨SO2排放,与占全国煤炭消费总量43．2%的电厂锅炉污染物排放水平基本相当(PM2．5为88．57万t㊁SO2为586．79万t),民用散煤污染已经成了雾霾形成的重要原因之一[1]㊂所以,从源头治理散煤污染,必须有与之配套的节能环保炉具,从而降低散煤消耗量并且实现散煤的清洁化利用㊂我国农村炊事取暖以低效高污染燃煤炉具为主,环保炉具使用率仅20%左右㊂低效炉具的使用不仅造成煤耗量增加,资源浪费,并且,低效炉具中由于煤炭的不完全燃烧造成的大气污染显著,颗粒污染物以及SO2㊁NO x㊁CO㊁VOCs等气态污染物排放量大,对大气污染严重㊂针对上述情况,近年来,开发了各种不同类型的炉具,将炉具的热效率由不到10%提升到了50%左右[2],即使如此,市面上的炉具质量依然参差不齐,并且大部分炉具需要配套使用成本昂贵的清洁燃料(无烟煤散煤㊁无烟煤型煤㊁兰炭㊁生物质燃料等),这些燃料在使用过程中同样存在一些(如上火速度慢㊁火力强度低㊁底渣含碳量高等)问题㊂多数情况下,这些环保炉具燃用无烟煤,虽然可以实现无烟排放,但并未真正解决导致雾霾形成的SO2,NO x以及CO㊁有毒重金属元素和多环芳烃等污染物的排放浓度[3-4]㊂所以,民用炉具的研发需要 以人为本 ,在兼顾使用成本与习惯的条件下,通过技术创新,提升炉具燃烧效率㊁有效节能,同时有效降低烟尘㊁SO2㊁NO x㊁CO等多污染物的排放㊂国内外诸多文献考察了不同炉具的燃烧特性㊂其中,Ellison M Carter等[5]对比了4种中国气化炉及Phillips㊁StoveTec㊁Sampada等炉具的综合热效率(OTEs)及上火速度,结果表明,从冷态开始计算的2种中国气化炉热效率分别为27．5%和33．3%左右,低于Phillips炉具的36．2%与StoveTec炉具的35．4%,但是远高于原始三石火炉的13．7%,4种中国气化炉将常温水煮沸的时间在9．8~17．3min㊂James Jetter等[6]研究了6种类型燃料在22种炉具中的燃烧特性及污染物排放特性,结果表明,炉具的综合热效率最高可达53%,而最低的热效率同样来自于三石火炉,仅有14%~15%,与Ellison M Carter 等[5]研究结论一致,并且发现在相同炉具负荷下,将水煮沸的时间随水量增大(2L升至5L)而增加㊂Li Qing等[2]测试了6种不同燃料(半焦㊁无烟煤散煤㊁无烟煤型煤㊁烟煤散煤㊁褐煤散煤㊁生物质)在新型与传统2种炉具中燃烧的热效率,结果表明,新型炉具的平均热效率及改进燃烧效率均远高于传统炉具,不同燃料在新型炉具中的平均热效率均在80%左右,其中半焦超过90%,这与Ellison M Carter[5]和James Jetter[6]等研究结果不一致,这可能是由于热效率作为炉具负荷的函数,在燃烧过程中不同阶段都是在实时变化,所以单独选取一个时段的燃烧工况作为衡量热效率的标准是不够准确的[7]㊂郭前辉[8]设计了一种炉具热性能测试系统,利用一种优质无烟煤(Q net,ar=24430kJ/kg,V ad=7．85%)为原料,在新型节煤炉中进行炉具的热性能测试,结果表明将6kg水煮沸所需时间为28min,平均火力强度09梁㊀斌等:民用散煤污染治理(I)不同炉具燃烧特性的对比试验研究2017年第4期与炉具热效率分别为0．77kW和45．6%,但试验过程中的原料煤仅有0．8kg,从点火到熄火的总时间不到4h,炉具效率的测试结果无法反应全天多个周期的运行情况㊂袁海荣[9]对于秸秆固化成型燃料在炉具中热效率的测试方法与文献[8]类似,即使锅水连续蒸发,直至原料燃尽,计算锅水升温与蒸发过程吸收的热量之和与投入炉内燃料发热量的比值,最终测得炉具热效率仅为20%㊂Qi Juan等[10]定义ηth为壶中水得到的热量与燃料热量的比值,测得无烟型煤的ηth为4．7%左右,比文献[5]㊁[11]㊁[12]报道的实测值均偏低㊂针对民用炉具热性能的评价,国内通常使用GB/T16155 2005[13],其中包括额定供热量(热负荷)㊁上火速度㊁火力强度㊁热效率等指标的测试方法,但对于供热量及热效率的计算,均未考虑到炉具全周期(点火阶段㊁旺火阶段㊁低负荷取暖阶段㊁炊事阶段㊁封火阶段)运行时实际操作条件对上述指标的影响㊂目前市面上一些新型炉具需频繁添加燃料,保持燃料一直填满炉膛,依靠重力的作用对主燃区实时补充燃料,此时实际的运行工况与测试方法不一致,故无法反映炉具全周期使用的热效率值㊂为克服民用炉具热性能测试中的上述问题,应在GB/T16155 2005的基础上,改进测试方法,综合考虑多种因素对炉具热性能的影响,减少其它条件的干扰,同时也应考虑模拟民用炉的实际使用情况,增加测试与计算的代表性㊂本研究设计并搭建了一套针对评估民用炉具热性能的测试系统,考察了兖矿集团研制的高效改性烟煤型煤在兖矿集团研发的蓝天解耦燃烧炉具与市面上6种典型的民用炉具中的燃烧特性,以此为民用炉具的改进及新一代节能环保炉具的研发提供技术支持㊂1㊀试验方法图1为试验系统的流程示意,其中包括循环水系统㊁民用炉具燃烧试验系统㊁烟气采样测试系统以及仪表测控系统㊂试验过程中测量的运行参数包括进㊁出水温度T1和T2,进水流量F1(通过电磁阀准确控制开度),烟气温度T3,烟囱压力P等,以上参数通过PLC测控系统集成在电脑中,通过控制进水流量调节出水温度㊁炉具运行负荷及烟气温度等参数㊂CO测试方法利用奥地利Madur pho-ton型号便携式红外烟气分析仪,配置烟气预处理系统,该系统包括加热采样探针㊁全程保温加热管线㊁帕尔帖冷凝除水系统㊁烟气采样泵以及烟气成分分析单元,测量结果均折算为9%O2浓度下的CO体积分数㊂图1㊀民用炉具热性能测试系统示意Fig．1㊀Schematic diagram of thermal performance testsystem for civil stoves利用丙烷气以下点火方式将炉内不同原料点燃㊂将原料点燃至旺火状态时,将盛有水的铝锅放置在炉具炊事台上,按GB/T16155 2005[13]所述方法测试炉具上火速度㊁火力强度㊂兖矿洁净型煤以烟煤为原料,利用复合化学添加剂进行改性,通过干法无黏结剂免烘干压制成型,原料煤及洁净型煤煤质数据见表1㊂表1㊀原料煤与洁净型煤煤质数据Table1㊀Quality data of raw coal and clean coal 煤种M ad/%A d/%V daf/%FC d/%Q net,ar/(MJ㊃kg-1)原料煤5．019．938．249．524．3洁净型煤2．828．243．539．520．3㊀㊀本研究选取了7种市面上具有代表性的炉具进行实验,分别是齐昊㊁老万㊁鲁旺㊁多康㊁超能㊁多乐以及兖矿解耦炉,按燃烧方式将上述7种炉具分为3类,依次为正烧类炉具(老万㊁齐昊)㊁反烧类炉具(鲁旺㊁多康㊁超能㊁多乐)以及解耦燃烧类炉具(兖矿蓝天炉具)㊂对比了兖矿高效改性洁净型煤在7种炉具中燃烧时的上火速度㊁火力强度㊁烟气温度㊁热负荷㊁燃烧效率及CO排放浓度等参数,以此考察不同种类炉具与兖矿型煤匹配使用的燃烧特性以及不同种类燃烧方式炉具的运行特点㊂2㊀试验结果2．1㊀上火速度与火力强度图2对比了兖矿洁净型煤在不同炉具中的上192017年第4期洁净煤技术第23卷火速度和火力强度,由于鲁旺反烧炉采用了多回程设计以提高燃尽程度,火焰距离炉台距离远,火力弱,不宜用于炊事㊂可以看出,兖矿洁净型煤在不同炉具中的上火速度与火力强度均超过4ħ/min 及1．5kW,远高于现行国家标准[14],说明仅从使用性能方面考虑,兖矿洁净型煤具有良好的炉具适应性㊂图2㊀不同炉具上火速度与火力强度对比Fig．2㊀Comparison of different stove fire speed and fireintensity从图2还可以看出,正烧类炉具的上火速度(8ħ/min 左右)高于反烧与解耦燃烧类炉具(6ħ/min 左右),火力强度基本相当(2kW 左右),但由于其直燃直排的特点,即使利用目前新型正烧炉的二次风设计,也无法在炊事过程中完全实现无烟化燃烧,加煤时均有大量黑烟冒出㊂虽然反烧类与解耦燃烧类炉具的上火速度略低于正烧炉,但由于其炉膛和烟道结构以及二次补燃风的合理设计,延长了烟气的停留时间,使挥发分充分燃烧,实现了烟煤型煤的无烟化燃烧,即使进行加煤㊁排渣等操作也能够保持稳定燃烧,有效降低了PM 2．5与有机挥发性气体的排放㊂所以从抑制污染物排放的角度考虑,反烧类及解耦燃烧类炉具具有更加优越的消烟性能㊂但是反烧类炉具由于其贯穿炉膛的送风方式,导致整个炉膛均参与燃烧,容易烧穿料层(燃烧方式即变为正烧),此时冒出大量黑烟㊂而由于解耦燃烧类炉具的主燃区区域较小㊁体积热负荷较低,分级配风,燃烧区仅在煤层前端进行,所以不受加煤的影响,燃烧过程稳定,料层不易烧穿㊂2．2㊀炉具热负荷图3为7种不同炉具全周期(包括点火㊁旺火㊁封火㊁起火等过程)热负荷的变化趋势,可以看出,图3(a)㊁(b)2种正烧类炉具的热负荷周期性极强,平均负荷10kW 左右,相当于额定热负荷,说明正烧类炉具在运行过程中调节进风㊁加煤频繁,热负荷难以控制,无法长时间稳定在中低负荷运行,造成热量释放过度,不利于节煤㊂图3㊀不同炉具热负荷变化趋势Fig．3㊀Heat load trends of different stoves㊀㊀图3(c)~(e)三种反烧类炉具热负荷相对比较稳定,均可长时间稳定在50%的额定负荷(分别是7㊁5㊁5kW 左右)下运行,但从图3中看出,超能和多康2种炉具的热负荷随时间的变化均有一定程度的衰减,这是由于2种炉具均为中心筒式反烧设计,在燃烧后期有大量洁净型煤的灰渣堵塞了中心筒下部,导致型煤无法与空气充分接触参与燃烧,使炉具热负荷持续下降,此时只能通过大量排渣使热负荷恢复正常,但会造成底渣碳含量大幅增加,降低型煤的燃尽率及炉具的热效率㊂29梁㊀斌等:民用散煤污染治理(I)不同炉具燃烧特性的对比试验研究2017年第4期图3(f)中多乐炉具的热负荷也表现出明显的周期性㊂这是由于该炉具炉箅子面积较大,覆盖了炉膛主燃区和炊事区的范围,加煤后主燃区下方的型煤被 挤压 至炊事区下方,相当于以半正烧的方式炊事,排渣后主燃区和炊事区的灰渣同时被排入灰斗,之后2个区域被重新补充进新的型煤并重新建立稳定的燃烧状态,在此过程中炉具的热负荷与正烧炉的变化趋势基本相同,故出现较强的周期性㊂从图3(g)中可以看出,兖矿蓝天炉具的热负荷变化趋势较上述几种炉具更为平稳,无明显的周期性变化及衰减过程,炉具可稳定在6kW 左右运行,加煤间隔周期长,无需对炉具进行特殊操作,负荷易于调节,夜晚封火时间大于12h,实现炉具的 半无人化 操作㊂2．3㊀排烟温度图4对比了炉具的平均排烟温度,由于排烟温度与洁净型煤的燃烧强度密切相关,而表征型煤燃烧强度的参数是实时变化的热负荷,所以,比较不同炉具的排烟温度应当以相同的燃烧强度为基准,即将炉具实时的排烟温度与热负荷作加权平均,最终获得不同炉具在同一燃烧强度下的排烟温度㊂可以看出,全周期加权平均排烟温度从高到低依次是:齐昊>多乐>老万>多康>鲁旺>超能>兖矿蓝天,即正烧或半正烧类炉具的排烟温度均高于反烧及解耦燃烧类炉具,说明正烧类炉具的排烟热损失较高,不利于提高炉具的热效率,从2种形式的排烟温度考虑,兖矿蓝天炉具与超能炉具均最低,说明这2种炉具的排烟热损失较低,炉具的热效率高㊂图4㊀不同炉具排烟温度对比Fig．4㊀Comparison of exhaust gas temperature ofdifferent stoves2．4㊀CO 排放浓度与燃烧效率图5对比了不同炉具的CO 排放浓度与燃烧效率㊂洁净型煤在不同炉具中的燃烧效率取决于CO 与CO 2的排放浓度,CO 与CO 2的排放浓度又取决于洁净型煤燃烧的充分程度,型煤燃烧的越充分,则炉具的热负荷越高,CO 浓度越低㊂所以为了正确评价燃烧效率,将燃烧效率利用负荷进行加权平均,其结果如图5所示㊂可以看出,热负荷加权平均后的燃烧效率从高到低依次是:兖矿蓝天>老万>鲁旺>多康>超能>多乐>齐昊㊂结果表明,2种方式的燃烧效率,兖矿蓝天炉具㊁老万正烧炉与鲁旺反烧炉均最高,这得益于上述3种炉具的炉膛结构及二次补燃风设计,3种炉具的CO 排放浓度均较其它炉具更低,并且,兖矿蓝天炉具将空气分级燃烧的理念运用在炉具设计中,通过合理的配比一㊁二次风,使其燃烧过程中的CO 排放浓度最低,燃烧最充分㊂而其余反烧类炉具由于中心筒的存在,燃烧后期当型煤灰渣将中心筒风口堵塞后,CO 排放浓度将大幅上涨,导致燃烧效率急剧下降㊂图5㊀不同炉具CO 排放浓度与燃烧效率对比Fig．5㊀Comparison of CO emission concentration andcombustion efficiency of different stoves3㊀结㊀㊀论考察了兖矿集团高效改性烟煤型煤在兖矿蓝天燃烧炉具和市面上6种典型的民用炉具中的燃烧特性,并对比了兖矿洁净型煤在不同炉具中的上火速度㊁火力强度㊁炉具热负荷㊁排烟温度㊁CO 排放浓度及燃烧效率,根据实验结果,可以看出兖矿洁净型煤与不同炉具匹配使用具有以下特点:1)正烧类炉具中的上火速度与火力强度略高于反烧类及解耦燃烧类炉具,但由于正烧炉具直燃直排的特点,每次加煤时均会有大量黑烟冒出,对环境造成极大危害;正烧类炉具同时表现出较强的燃烧周期性,加煤频繁,导致负荷不易调节,造成热量释放过度,不利于节煤,并且燃烧过程中CO 排放浓度高,不利于节能环保;正烧类炉具排烟热损失和未完全燃烧热损失较高,热效率低㊂2)反烧类与解耦燃烧类炉具的上火速度略低于正烧炉,但2种炉具的炉膛和烟道结构以及二次补燃风的合理设计,延长了型煤燃烧产生的烟气在392017年第4期洁净煤技术第23卷烟道中的停留时间,使挥发分充分燃烧,实现了烟煤型煤的无烟化燃烧,有效降低了PM 2．5与有机挥发性气体的排放;反烧类与解耦燃烧类炉具在采暖情况下均可稳定在炉具额定负荷的50%左右长时间运行,且加煤间隔较长,炉具运行稳定㊂但加入中心筒的反烧类炉具由于型煤燃烧后期堵塞中心筒下方通风口,导致进风不畅㊁型煤燃烧不充分,造成热负荷逐渐衰减,为稳定热负荷需进行大量排渣操作,则会使底渣含碳量增加,降低炉具热效率,并且CO 排放浓度将大幅上涨,导致燃烧效率急剧下降;反烧类炉具由于其贯穿炉膛的送风方式,导致炉膛均参与燃烧,容易烧穿料层(燃烧方式即变为正烧),使烟囱冒出大量黑烟㊂3)兖矿蓝天解耦燃烧炉具的主燃区区域较小㊁体积热负荷较低,分级配风,燃烧区仅在煤层前端进行,所以不受加煤的影响,燃烧过程稳定,料层不易烧穿,且加煤间隔较长,炉具运行稳定;兖矿蓝天解耦燃烧炉具排烟温度较低,提升了炉具的热效率;兖矿蓝天解耦燃烧炉具㊁老万正烧炉以及鲁旺反烧炉具有较高的燃烧效率,主要是由于3种炉具使用过程中CO 排放浓度较低,这得益于上述3种炉具的炉膛结构及二次补燃风设计,并且,兖矿蓝天炉具将空气分级燃烧的理念运用在炉具设计中,通过合理的配比一㊁二次风,使其燃烧过程中的CO 排放浓度最低,燃烧最充分㊂参考文献(References ):[1]㊀霍沫霖,赵佳,徐朝,等.中国散烧煤消费地图及影响因素研究[J].中国电力,2017,50(1):1-8.Huo Molin,Zhao Jia,Xu Zhao,et al.China scattered coal consump-tion map and influence 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