煙氣氧含量對(duì)鍋爐大氣污染物排放濃度的影響

   結(jié)合GB13271-2001和GB13271-2014兩個(gè)版本的《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放濃度計(jì)算方法進(jìn)行分析，說明控制煙氣氧含量對(duì)控制污染物排放濃度的重要性。

　 《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》自1983年發(fā)布以來，雖經(jīng)多個(gè)版本的修改，但其中在監(jiān)測(cè)燃煤鍋爐煙塵排放濃度時(shí)，應(yīng)根據(jù)煙氣中的含氧量計(jì)算過量空氣系數(shù)，并將煙塵排放濃度一律折算為過量空氣系數(shù)為1.8時(shí)的濃度的規(guī)定，始終沒有改變。在已實(shí)行的最新標(biāo)準(zhǔn)中，直接用氧含量進(jìn)行折算替代了以往版本中用過量空氣系數(shù)折算方法，更加突出了煙氣氧含量對(duì)排放濃度計(jì)算的重要性。煙氣氧含量是計(jì)算鍋爐污染物排放濃度的重要參數(shù)，在運(yùn)行中有效控制煙氣氧含量，是鍋爐污染物排放能否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

本文結(jié)合GB13271-2001和GB13271-2014兩個(gè)版本的《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放濃度計(jì)算方法進(jìn)行分析，說明控制煙氣氧含量對(duì)控制污染物排放濃度的重要性。

　　1鍋爐大氣污染物排放濃度計(jì)算

　　煙氣氧含量是鍋爐運(yùn)行重要監(jiān)控參數(shù)之一和反映燃燒設(shè)備與鍋爐運(yùn)行完善程度的重要依據(jù)，其值的大小與鍋爐結(jié)構(gòu)、燃料的種類和性質(zhì)、鍋爐負(fù)荷的大小、運(yùn)行配風(fēng)工況及設(shè)備密封狀況等因素有關(guān)。氧含量越小，即過量空氣系數(shù)越小，則表明化學(xué)不完全燃燒熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失增加；氧含量越大，即過量空氣系數(shù)越大，則表明空氣量送入過大。過量的空氣造成爐溫下降，不但影響燃燒，還會(huì)帶走大量的熱量和灰塵，增大污染排放濃度的計(jì)算結(jié)果，同時(shí)風(fēng)量大也增加了排煙耗電量。控制煙氣氧含量，對(duì)控制燃燒過程，實(shí)現(xiàn)安全、高效和低污染排放是非常重要的。

　　1.1 GB13271-2001標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

化硫、氮氧化物的排放濃度，應(yīng)根據(jù)規(guī)定的過量空氣系數(shù)進(jìn)行折算”，而過量空氣系數(shù)是根據(jù)煙氣中的氧含量進(jìn)行計(jì)算得出的，所以監(jiān)測(cè)煙氣中的氧含量非常重要。根據(jù)過量空氣系數(shù)的概念“燃料燃燒時(shí)實(shí)際空氣消耗量與理論空氣需要量之比值”，過量空氣系數(shù)與煙氣氧含量的關(guān)系為:

式中：

　　α\'－根據(jù)排放點(diǎn)實(shí)測(cè)煙氣氧含量計(jì)算的過量空氣系數(shù)；φ\(chéng)'(O2)－實(shí)測(cè)煙氣中的氧含量。

從煙塵排放濃度計(jì)算角度分析，過量空氣系數(shù)過大，則計(jì)算排放濃度偏大，甚至大出幾倍，這樣的計(jì)算結(jié)果是難以讓人接受的，實(shí)際煙塵排放濃度不可能超出實(shí)測(cè)煙塵濃度的2倍以上，否則需要重新調(diào)風(fēng)，并檢查是否有存在漏風(fēng)，燃燒正常后再進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)GB13271-2001中的規(guī)定，燃煤鍋爐的煙塵排放濃度應(yīng)折算到標(biāo)準(zhǔn)過量空氣系數(shù)α=1.8時(shí)的煙塵濃度。煙塵排放濃度按下式計(jì)算：

　　式中：

　　ρ－折算過量空氣系數(shù)的煙塵排放濃度，mg/m3；ρ\'－煙氣中實(shí)測(cè)煙塵濃度，mg/m3；α－標(biāo)準(zhǔn)過量空氣系數(shù)，1.8。

　　1.2 GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

根據(jù)GB13271-2014的規(guī)定，實(shí)測(cè)的鍋爐顆粒物、二氧化物、氮氧化物、汞及其化合物的排放濃度，應(yīng)按公式折算為基準(zhǔn)氧含量排放濃度。燃煤鍋爐的基準(zhǔn)氧含量為9%，燃?xì)忮仩t的基準(zhǔn)氧含量為3.5%。

　　式中:－基準(zhǔn)氧含量。

不管采用標(biāo)準(zhǔn)過量空氣系數(shù)，還是采用基準(zhǔn)氧含量，其折算值的大小都取決于煙氣氧含量的實(shí)測(cè)值，所以在運(yùn)行中控制煙氣中的氧含量，對(duì)控制最終排放濃度至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)中只有采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)值或基準(zhǔn)值進(jìn)行折算，才能控制好排污企業(yè)有意增大空氣進(jìn)入量來稀釋排放濃度的行為，才能對(duì)不同的企業(yè)的排放濃度采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行監(jiān)管。

   比較上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法可以看出，在實(shí)測(cè)濃度相同的情況下，采用GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)的折算排放濃度比GB13271-2001標(biāo)準(zhǔn)增大了2.86%。雖然計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)略有差異，但GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)的排放限值要求更加嚴(yán)格。

　　1.3氧含量對(duì)煙塵排放濃度的影響

　　過量空氣系數(shù)的大小取決于燃料的種類、燃燒裝置及燃燒條件等，對(duì)燃用煙煤的鏈條鍋爐，爐膛過量空氣系數(shù)一般取1.3～1.4，即煙氣氧含量控制在5%～6%。由于各方面的原因，在實(shí)際生產(chǎn)中將煙氣中的氧含量控制在6%以下有較大的難度，一般燃用煙煤和無(wú)煙煤所要求的爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)為1.5左右，即把煙氣氧含量控制在6%～8%作為鏈條鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)，考慮到煙道及輔機(jī)等部位的漏風(fēng)，煙道尾部氧含量會(huì)有不同程度的增加，煙氣最大氧含量不宜超過10.5%，即過量空氣系數(shù)不宜超過2.0。若再考慮測(cè)試不當(dāng)還可能造成的漏氣量的增加，煙氣氧含量最終不易超過12%。煙氣氧含量的細(xì)微變化，對(duì)排放濃度的折算值都有很大的影響。

　　表1為2 014年對(duì)克拉瑪依部分供熱鍋爐房監(jiān)測(cè)結(jié)果。這些鍋爐房的顆粒物排放實(shí)測(cè)結(jié)果較小，但折算后的結(jié)果均屬于超標(biāo)排放，超標(biāo)排放的主要原因?yàn)闊煔庋鹾窟^高。

根據(jù)表1中實(shí)測(cè)顆粒物濃度及公式（1）、（2）可以推算出達(dá)標(biāo)排放時(shí)氧含量控制值。這6座鍋爐房氧含量分別作微量下調(diào)，下調(diào)量見圖1，煙塵排放濃度即可滿足≤200mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求。圖1中的數(shù)值與表1的氧含量數(shù)值比較，下調(diào)幅度很小，也就是說，氧含量只要發(fā)生細(xì)微的變化，都會(huì)對(duì)排放濃度的折算結(jié)果有很大的影響；同時(shí)也說明，在鍋爐運(yùn)行時(shí)，只要在風(fēng)量配送、密封控制等方面做細(xì)微調(diào)整，這幾座鍋爐房實(shí)現(xiàn)顆粒物達(dá)標(biāo)排放并不是很困難的事。

　2影響煙氣氧含量的主要因素

　　2.1燃燒配風(fēng)的影響

　　鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，爐膛負(fù)壓應(yīng)保持在20～30Pa。鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量過大會(huì)造成爐膛內(nèi)空氣剩余量增加，過量空氣系數(shù)增大。只要根據(jù)爐排有效燃燒面積和火床分布，合理調(diào)試各風(fēng)室供風(fēng)量，才能減少鍋爐排煙熱損失和煙氣氧含量，有效提高鍋爐熱效率。同時(shí)，通過合理調(diào)整鍋爐引風(fēng)量，維持爐膛合理負(fù)壓，能夠有效降低煙道內(nèi)煙氣含塵量及氧含量的增加，同時(shí)也能有效降低煙氣過量空氣系數(shù)及煙塵排放濃度。

　　2.2鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的影響

　　根據(jù)《鍋爐煙塵測(cè)試方法》（GB5468）規(guī)定，測(cè)試在用鍋爐煙塵排放濃度時(shí)，必須在鍋爐設(shè)計(jì)出力70%以上的情況下進(jìn)行。當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，不但造成排煙熱損失增大、鍋爐運(yùn)行效率降低，同時(shí)也導(dǎo)致污染物排放量增加。

    從圖2可以看出，在對(duì)表1中的鍋爐房進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于鍋爐負(fù)荷率過于偏低，從而對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。而各鍋爐房基于“低負(fù)荷運(yùn)行事故少”和“低負(fù)荷運(yùn)行少冒黑煙”認(rèn)識(shí)，大多采用“多鍋爐、低負(fù)荷”運(yùn)行模式。各鍋爐運(yùn)行出力較低，通過爐排面進(jìn)入了過多的富余空氣，從而導(dǎo)致煙氣氧含量過高，過量空氣系數(shù)偏高，也就造成顆粒物排放濃度實(shí)測(cè)值較低而折算值過高，甚至造成超標(biāo)排放的問題。

　　2.3系統(tǒng)漏風(fēng)的影響

鍋爐系統(tǒng)的漏風(fēng)主要包括設(shè)備和煙道漏風(fēng)。出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象時(shí)，必然造成煙氣中氧含量增大和煙塵濃度的稀釋，使過量空氣系數(shù)增大，從而影響折算后煙塵排放濃度的準(zhǔn)確性，并降低了鍋爐運(yùn)行效率。鍋爐爐膛漏風(fēng)主要發(fā)生在看火孔、檢查門和除灰口、出渣口等部位，這些部位的漏風(fēng)量每增加10%，鍋爐熱效率則會(huì)降低2%～3%。

  鍋爐爐膛漏風(fēng)除上述重點(diǎn)監(jiān)控部位因管理不到位造成的漏風(fēng)外，一些部件或部位的損壞所產(chǎn)生的漏風(fēng)，造成的影響更大。如：爐墻開裂漏風(fēng)，擋煙墻和煙氣導(dǎo)流板損壞、爐內(nèi)放灰裝置密閉不嚴(yán)等問題，會(huì)造成大量空氣或煙氣短路，使大量的灰粉及未經(jīng)充分反應(yīng)的空氣進(jìn)入煙道，造成排煙溫度、煙氣氧含量及灰含量的居高不下。

　 除塵器漏風(fēng)，干法除塵器及其排灰口的鎖氣器，濕法除塵器及其水封溢流管處密封不嚴(yán)，由于負(fù)壓運(yùn)行會(huì)造成大量空氣進(jìn)入，不但會(huì)造成煙氣氧含量的增加，還大幅度降低除塵器的除塵效果，當(dāng)除塵器漏風(fēng)達(dá)5%時(shí)，除塵效率會(huì)降低50%；當(dāng)漏風(fēng)率達(dá)到10%～15%時(shí)，除塵效率將為零。

  鼓、引風(fēng)機(jī)及其風(fēng)量調(diào)節(jié)閥密封不好也會(huì)導(dǎo)致過量無(wú)用空氣的進(jìn)入。由于煙囪內(nèi)煙氣溫度與外界空氣溫度差造成的熱壓作用，煙囪形成較大的抽力，煙道密封不好時(shí)，在負(fù)壓的作用下會(huì)有大量的空氣被抽入煙道，導(dǎo)致過剩氧含量增高。若煙氣檢測(cè)裝置安裝在幾臺(tái)鍋爐的共用的煙囪上，由于煙囪的抽力作用，會(huì)有大量空氣從未運(yùn)行的鍋爐和煙道進(jìn)入，對(duì)煙氣氧含量的測(cè)定影響很大，也導(dǎo)致煙塵排放濃度的準(zhǔn)確性較差。

　　2.4運(yùn)行操作不規(guī)范的影響

　　一些不規(guī)范的習(xí)慣性操作，如在檢查爐膛內(nèi)燃燒情況時(shí)，不是通過看火孔，而是直接打開檢查門；在調(diào)整燃燒狀況時(shí)，不是通過調(diào)整煤層厚度、爐排速度以及各風(fēng)室風(fēng)量分配來實(shí)現(xiàn)有效燃燒，而是野蠻的采用撥火工具在爐膛內(nèi)亂撥；在通過雙閥鎖氣器排放干式除塵器內(nèi)的積灰時(shí)，同時(shí)打開了鎖氣器上的雙閥，致使過量空氣大量涌入，造成除塵效果大幅度降低甚至喪失。

　　2.5除塵、出渣用水溶解氧析出影響

　　水膜除塵、麻石除塵、水浴除塵等都是效率較高的濕式除塵方式，這些濕式除塵方式在工作過程中需要煙氣與除塵用水充分接觸，當(dāng)除塵用水與高溫?zé)煔饨佑|后，水溫迅速升高，水中溶解氧隨水溫的升高溶解度也相應(yīng)的下降，大量的溶解氧就釋放到煙道內(nèi)。濕式除塵器水位控制裝置的工作水位調(diào)節(jié)過高，或噴淋水流量過大，會(huì)造成耗水量過大，耗水量越大，向煙道內(nèi)釋放的氧量也越多。濕式除塵用水中釋放出來的氧，增大了煙氣氧含量的監(jiān)測(cè)值，必然會(huì)引起過量空氣系數(shù)計(jì)算誤差。

　　除濕式除塵器用水中析出的溶解氧對(duì)煙氣氧含量有影響外，鍋爐出渣用水的溶解氧析出也會(huì)對(duì)煙塵排放濃度的計(jì)算造成不利影響。高溫爐渣落入出渣水槽，出渣水中析出的溶解氧在負(fù)壓的作用下進(jìn)入爐膛，導(dǎo)致過量空系數(shù)增大，從而導(dǎo)致污染物排放濃度的折算值偏高。

   除上述因素對(duì)煙氣氧含量有影響外，由于在監(jiān)測(cè)過程存在的問題，造成的影響可能更大。例如，采樣孔密封不嚴(yán)、氧含量采樣系統(tǒng)內(nèi)空氣置換不完全、氧含量測(cè)試儀器量程及測(cè)試精度偏差、采樣點(diǎn)旋流氣體的影響、采樣位置不合適、監(jiān)測(cè)條件不具備等。這些影響因素需要監(jiān)測(cè)人員或測(cè)試設(shè)備的維護(hù)人員進(jìn)行排除，本文不做重點(diǎn)討論。

　　3結(jié)論與建議

　　煙氣氧含量是鍋爐大氣污染物監(jiān)測(cè)中極其重要的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考核指標(biāo)，在一定程度上，其值的大小是確定污染物排放濃度是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。煙氣氧含量控制是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性的問題。在實(shí)際生產(chǎn)中，鍋爐房要安裝必要的煙氣監(jiān)控儀表，為運(yùn)行管理提供可量化參考依據(jù)；同時(shí)，只要保證設(shè)備系統(tǒng)的密封性，加強(qiáng)運(yùn)行管理，消除不規(guī)范操作行為，影響煙氣氧含量的諸多因素是可以進(jìn)行有效控制的，污染排放濃度也是可以按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行管控的。司爐人員應(yīng)當(dāng)保持鍋爐在規(guī)定的負(fù)荷下運(yùn)行，嚴(yán)格控制風(fēng)量配比，使燃料充分燃燒，同時(shí)要注意避免或消除漏風(fēng)現(xiàn)象，盡可能將煙氣氧含量控制在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6%～8%范圍內(nèi)。這樣既可以減少排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率，又能夠較好地控制鍋爐大氣污染物排放，為保護(hù)和改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量發(fā)揮積極的作用。