煙氣氧含量對鍋爐大氣污染物排放濃度的影響

   結(jié)合GB13271-2001和GB13271-2014兩個版本的《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放濃度計算方法進(jìn)行分析，說明控制煙氣氧含量對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)多個版本的修改，但其中在監(jiān)測燃煤鍋爐煙塵排放濃度時，應(yīng)根據(jù)煙氣中的含氧量計算過量空氣系數(shù)，并將煙塵排放濃度一律折算為過量空氣系數(shù)為1.8時的濃度的規(guī)定，始終沒有改變。在已實行的最新標(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排放濃度計算的重要性。煙氣氧含量是計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GB13271-2014兩個版本的《鍋爐大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放濃度計算方法進(jìn)行分析，說明控制煙氣氧含量對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，還會帶走大量的熱量和灰塵，增大污染排放濃度的計算結(jié)果，同時風(fēng)量大也增加了排煙耗電量。控制煙氣氧含量，對控制燃燒過程，實現(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)行計算得出的，所以監(jiān)測煙氣中的氧含量非常重要。根據(jù)過量空氣系數(shù)的概念“燃料燃燒時實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)實測煙氣氧含量計算的過量空氣系數(shù)；φ\'(O2)－實測煙氣中的氧含量。

從煙塵排放濃度計算角度分析，過量空氣系數(shù)過大，則計算排放濃度偏大，甚至大出幾倍，這樣的計算結(jié)果是難以讓人接受的，實際煙塵排放濃度不可能超出實測煙塵濃度的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時的煙塵濃度。煙塵排放濃度按下式計算：

　　式中：

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

　　1.2 GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)計算方法

根據(jù)GB13271-2014的規(guī)定，實測的鍋爐顆粒物、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測值，所以在運(yùn)行中控制煙氣中的氧含量，對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。

   比較上述兩個標(biāo)準(zhǔn)的計算方法可以看出，在實測濃度相同的情況下，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，對排放濃度的折算值都有很大的影響。

　　表1為2 014年對克拉瑪依部分供熱鍋爐房監(jiān)測結(jié)果。這些鍋爐房的顆粒物排放實測結(jié)果較小，但折算后的結(jié)果均屬于超標(biāo)排放，超標(biāo)排放的主要原因為煙氣氧含量過高。

根據(jù)表1中實測顆粒物濃度及公式（1）、（2）可以推算出達(dá)標(biāo)排放時氧含量控制值。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，都會對排放濃度的折算結(jié)果有很大的影響；同時也說明，在鍋爐運(yùn)行時，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，爐膛負(fù)壓應(yīng)保持在20～30Pa。鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量過大會造成爐膛內(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，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)《鍋爐煙塵測試方法》（GB5468）規(guī)定，測試在用鍋爐煙塵排放濃度時，必須在鍋爐設(shè)計出力70%以上的情況下進(jìn)行。當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷較低時，不但造成排煙熱損失增大、鍋爐運(yùn)行效率降低，同時也導(dǎo)致污染物排放量增加。

    從圖2可以看出，在對表1中的鍋爐房進(jìn)行監(jiān)測時，由于鍋爐負(fù)荷率過于偏低，從而對監(jiān)測結(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，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測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，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)行會造成大量空氣進(jìn)入，不但會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，除塵效率會降低50%；當(dāng)漏風(fēng)率達(dá)到10%～15%時，除塵效率將為零。

  鼓、引風(fēng)機(jī)及其風(fēng)量調(diào)節(jié)閥密封不好也會導(dǎo)致過量無用空氣的進(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，在負(fù)壓的作用下會有大量的空氣被抽入煙道，導(dǎo)致過剩氧含量增高。若煙氣檢測裝置安裝在幾臺鍋爐的共用的煙囪上，由于煙囪的抽力作用，會有大量空氣從未運(yùn)行的鍋爐和煙道進(jìn)入，對煙氣氧含量的測定影響很大，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，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，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，同時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)測值，必然會引起過量空氣系數(shù)計算誤差。

　　除濕式除塵器用水中析出的溶解氧對煙氣氧含量有影響外，鍋爐出渣用水的溶解氧析出也會對煙塵排放濃度的計算造成不利影響。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。

   除上述因素對煙氣氧含量有影響外，由于在監(jiān)測過程存在的問題，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、氧含量測試儀器量程及測試精度偏差、采樣點(diǎn)旋流氣體的影響、采樣位置不合適、監(jiān)測條件不具備等。這些影響因素需要監(jiān)測人員或測試設(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)測中極其重要的一項經(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綜合性、系統(tǒng)性的問題。在實際生產(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，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。