農(nóng)產(chǎn)品干燥燃煤熱風爐排煙環(huán)保技術(shù)及裝備研究

鄧　佳　王　鵬　曾祥平　吳　倫　張　艷/四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院

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農(nóng)產(chǎn)品干燥燃煤熱風爐排煙環(huán)保技術(shù)及裝備研究

鄧佳王鵬曾祥平吳倫張艷/四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院

摘要：干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中最重要的環(huán)節(jié)。農(nóng)產(chǎn)品商品化需長時間儲存及遠距離運輸，必須通過干燥加工將其含水率降至安全儲存水平(約12%以下)。目前，干燥農(nóng)產(chǎn)品使用的燃煤手燒熱風爐，其煙氣排放達不到國家標準要求，甚至嚴重超標。新《鍋爐大氣污染物排放標準》的實施對農(nóng)產(chǎn)品干燥熱源提出了更高的環(huán)保要求，加工企業(yè)對環(huán)保達標的燃煤干燥熱源有迫切需求。本文針對目前農(nóng)產(chǎn)品干燥熱風爐排煙環(huán)?，F(xiàn)狀，分析了排煙污染物的類型及產(chǎn)生根源，研發(fā)了環(huán)保型機燒燃煤熱風爐。經(jīng)權(quán)威專業(yè)機構(gòu)檢測，機燒燃煤熱風爐排放主要指標已達到國家標準要求，并在部分企業(yè)推廣應用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品干燥；排煙；環(huán)保；技術(shù)及裝備；研究

1農(nóng)產(chǎn)品干燥熱風爐排煙環(huán)?，F(xiàn)狀

除本地銷售鮮食外，大多商品化農(nóng)產(chǎn)品需要長時間儲存及遠距離運輸，就必須通過干燥加工將其含水率降至安全儲存水平，否則會腐爛變質(zhì)。干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中最重要的環(huán)節(jié)。

許多塊莖農(nóng)產(chǎn)品含水率高(如蘿卜、魔芋、南瓜等)，部分農(nóng)產(chǎn)品鮮料含水率達95%以上，收獲期集中，極易腐爛，不及時干燥容易造成較大經(jīng)濟損失。接近20 kg農(nóng)產(chǎn)品鮮料只能干燥出1 kg干品，脫水量大，需要消耗大量熱能。在燃煤、燃油、燃氣、電熱、生物質(zhì)能、太陽能等農(nóng)產(chǎn)品干燥熱能形式中，燃煤是成本最低、應用最普及、設(shè)備熱功率可做大的熱能。目前，普遍應用的燃煤手燒熱風爐排煙環(huán)保達不到GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》的要求，而農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)普遍選擇原料覆蓋面積大、交通方便、工業(yè)基礎(chǔ)較好的縣級以上工業(yè)園區(qū)建廠，對排煙環(huán)保的要求非常嚴格。

2相關(guān)法規(guī)和標準

2.1新環(huán)保法[1]

2014年4月24日，十二屆全國人大常委會第八次會議審議通過了《中華人民共和國環(huán)境保護法》修訂案，于2015 年1月1日開始實施。這部法律增加了政府、企業(yè)及個人的責任和處罰力度，被稱為“史上最嚴的、長了牙齒的環(huán)保法”。

第四十四條國家實行重點污染物排放總量控制制度。熱風爐煙塵及SO2屬于排放總量控制對象。

第四十六條國家對嚴重污染環(huán)境的工藝、設(shè)備和產(chǎn)品實行淘汰制度。任何單位和個人不得生產(chǎn)、銷售或者轉(zhuǎn)移、使用嚴重污染環(huán)境的工藝、設(shè)備和產(chǎn)品。

手燒燃煤熱風爐屬于嚴重污染環(huán)境的設(shè)備。

2.2鍋爐大氣污染物排放新標準[2]

修訂后的GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》于2014年7月1日實施。

新標準中定義的鍋爐是利用燃料燃燒釋放的熱量及其他能加熱熱水或其他工質(zhì)，以生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)(溫度、壓力)和品質(zhì)的蒸汽、熱水或其他工質(zhì)的設(shè)備。該鍋爐定義包含了農(nóng)產(chǎn)品干燥使用的燃煤熱風爐。

與舊標準(GB 13271-2001)比，新標準大幅提高了煙氣排放污染物的指標限值要求，規(guī)定2015年1月1日后新建燃煤鍋爐顆粒物排放限值一概為50 mg/m3(GB 13271-2001規(guī)定一類區(qū)80 mg/m3、二類區(qū)200 mg/m3、三類區(qū)250 mg/m3)及煙氣林格曼黑度≤1級，新標準規(guī)定SO2排放限值300 mg/m3(GB 13271-2001規(guī)定為900 mg/m3)。這些指標限值要求非常高。

在當前霧霾嚴重、對PM2.5敏感的背景下，配合《中華人民共和國環(huán)保法》《中華人民共和國大氣污染防治法》及鍋爐大氣污染物排放等新標準的實施，許多地方政府積極實施“藍天工程”項目，農(nóng)產(chǎn)品干燥普遍應用的手燒燃煤熱風爐將會被禁止使用。

3燃煤熱風爐排煙污染物類型及產(chǎn)生原理

3.1排煙污染物類型

煤被加熱時，總有一部分氣態(tài)物質(zhì)先分解析出，這部分物質(zhì)稱為揮發(fā)分(包含煤中水分)，剩余部分稱為焦。焦中主要含碳和灰分。幾乎在所有煤中，碳是主要可燃物質(zhì)，揮發(fā)分中的主要可燃物質(zhì)是碳氫化合物。揮發(fā)分燃燒時，周圍的氧氣在火焰表面被消耗盡而進不到火焰內(nèi)部，火焰內(nèi)的碳氫化合物在高溫下發(fā)生熱分解，產(chǎn)生微小碳黑，碳黑在高溫下發(fā)光，形成明亮的火焰；如果燃燒不充分(缺氧燃燒)，碳黑沒有燃盡而穿出火焰，則形成黑煙。揮發(fā)分越多，燃燒時火苗越長，冒黑煙現(xiàn)象越嚴重。

燃煤熱風爐排煙中污染物有顆粒物、SO2、NOX、汞及其他化合物。本文主要研究煙氣排放中顆粒物及黑度控制。煙氣排放中的顆粒物有不可燃無機灰分和沒有完全燃燒的碳黑粒子。粒徑大的顆粒物可通過機械除塵法，如沉降室、旋風除塵器、水沫除塵器、濾袋除塵器、靜電除塵器、脈沖除塵器等進行收集，收集效率可達98%以上；但煤中可燃揮發(fā)物(褐煤含揮發(fā)分可達40%左右，煙煤含揮發(fā)分30%以上，無煙煤含揮發(fā)分10%以下)在缺氧條件下分解和裂化出來的微小碳黑一般粒徑為0.05～1.00 μm，屬于飄塵(粒徑在10 μm以下粉塵)，即使在完全靜止的空氣中也不會自然沉降下來，通過機械除塵法收集不到，微小碳黑多時會造成煙囪冒黑煙，致使煙氣黑度達不到國標要求。

3.2污染物產(chǎn)生原理

手燒熱風爐的煤燃料是周期性間歇投入爐內(nèi)的，燃燒過程隨燃料層厚度變化呈周期性變化。新燃料投入時，燃料層最厚，助燃通風阻力最大，進入爐內(nèi)的助燃空氣量最小，但此時正是燃料預熱干燥、燃料揮發(fā)分和焦炭開始燃燒需要大量空氣的時候，會出現(xiàn)新燃料開始燃燒而空氣量不足的現(xiàn)象，造成可燃揮發(fā)物中熱裂解析出的碳黑不能完全燃燒及煙囪冒黑煙現(xiàn)象。隨著燃料燃燒，燃料層厚度逐漸減薄，當燃料接近燃盡時，燃料層阻力降低，進入爐內(nèi)的空氣量增大，出現(xiàn)煙氣中過量空氣帶走熱量的現(xiàn)象。這種燃燒過程的周期性變化是手燒爐煙囪冒黑煙及熱效率低的主要原因。手燒爐的理論需求助燃空氣量與實際供給空氣量關(guān)系見圖1。在同一時刻，其需求的助燃空氣量與實際供給的空氣量關(guān)系恰好相反。

4燃煤熱風爐排煙污染物控制技術(shù)及裝備研究[3～5]

四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院研發(fā)的機燒燃煤熱風爐克服了手燒熱風爐的上述缺陷，采用了連續(xù)上煤及連續(xù)除渣的燃燒機底座，燃燒室內(nèi)增加耐溫混凝土前后拱結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1)前拱的熱反射能夠預熱新進爐內(nèi)的煤，使新煤升溫并分解和裂化析出揮發(fā)分，繼而著火燃燒，沒有充分燃燒的微小碳黑粒子通過前拱導流到高溫區(qū)，與后拱導流來的過量空氣充分混合進行二次燃燒；后拱能夠?qū)⑦^量的助燃空氣導流到高溫區(qū)與可燃揮發(fā)物充分混合而燃盡；后拱導流的煙氣在喉口處轉(zhuǎn)彎時能夠?qū)霟岬奶剂佅蝾A熱區(qū)的煤層，有助于新煤的升溫及著火。

2)燃燒機自動連續(xù)進煤及自動連續(xù)除渣，煤層厚度、煤的輸送及燃燒速度、燃燒時間、助燃空氣供給量等燃燒工況參數(shù)非常穩(wěn)定，可調(diào)的分區(qū)送風確保了各燃燒段助燃空氣的適量穩(wěn)定供給，燃燒效率高。

3)煙氣通過高溫區(qū)沉降室除塵、換熱器底部風腔沉降除塵及尾部的高效多管除塵器三級除塵，排放黑度及顆粒物濃度均能達到GB 13271-2014要求。

5排煙顆粒物濃度及煙氣黑度檢測結(jié)果

經(jīng)具有法定檢測資質(zhì)的第三方專業(yè)檢測機構(gòu)(成都市華測檢測技術(shù)有限公司)檢測，四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院研發(fā)的機燒燃煤熱風爐煙氣排放顆粒物濃度低于43.2 mg/m3，煙氣林格曼黑度為1級，均符合GB 13271-2014的規(guī)定。

6　結(jié)論

針對目前農(nóng)產(chǎn)品干燥加工普遍使用的燃煤手燒熱風爐排煙污染物嚴重超標等問題，四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院通過理論研究、新裝備設(shè)計安調(diào)、試驗測試，研發(fā)出機燒熱風爐，其主要排煙環(huán)保指標達到國家標準要求，熱效率高、能耗低。

該技術(shù)及裝備已在部分農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)應用，用戶反應良好，具有較好的推廣應用前景。

圖1　理論需求助燃空氣量與實際供給助燃空氣量關(guān)系圖

參考文獻：

[1]全國人民代表大會常務(wù)委員會.中華人民共和國環(huán)境保護法[Z].2015-01-01.

[2]中華人民共和國環(huán)境保護局.鍋爐大氣污染物排放標準[Z].2014-07-01.

[3]夏喜英.鍋爐與鍋爐房設(shè)備[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2001.

[4]哈爾濱工業(yè)大學熱能工程教研室.小型鍋爐設(shè)計與改裝第二版[M].北京：科學出版社, 1987.

[5]西安電力學校鍋爐教研組.小型火力發(fā)電廠—鍋爐設(shè)備及運行[M].北京：水利電力出版社,1988.

文章編號：2095-3615(2015)03-0024-02

文獻標識碼：B

中圖分類號：S226.6