淺談鍋爐煙氣排放系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計(jì)的主要參數(shù)及計(jì)算

劉丕源

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，人們的環(huán)保意識(shí)也在不斷提升，為了維護(hù)自然環(huán)境與人類生存環(huán)境，人們開始探索各種可能引起污染的問題。城市發(fā)展過程中很多措施都會(huì)引起大氣污染，其中鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣對(duì)大氣環(huán)境的影響非常之大，因此有必要對(duì)鍋爐煙氣排放進(jìn)行研究，利用環(huán)保設(shè)計(jì)減少鍋爐煙氣污染物?；诖?，本文對(duì)鍋爐煙氣排放污染物凈化效率、煙囪幾何高度以及煙氣抬升高度等參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，希望能促進(jìn)鍋爐煙氣排放系統(tǒng)的環(huán)保設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鍋爐燃燒；煙氣排放；環(huán)保設(shè)計(jì)參數(shù)

前言：工業(yè)革命開始之后，大量煤炭得到開發(fā)和應(yīng)用，時(shí)至今日很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始尋求更加環(huán)保的燃料和設(shè)備，而我國依然處于以煤炭資源為主要燃料的階段。眾多城市之中，依舊以工業(yè)生產(chǎn)為支柱產(chǎn)業(yè)，大量煙囪矗立于城市各個(gè)角落，一抬頭就可以看見煤炭煙氣的排放，造成嚴(yán)重的大氣污染。我國現(xiàn)代化進(jìn)程發(fā)展離不開工業(yè)產(chǎn)業(yè)的支持，既如此就要根據(jù)實(shí)際情況做好鍋爐煙氣排放系統(tǒng)的環(huán)保設(shè)計(jì)研究工作，為工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步及城市發(fā)展提供保障。

1.鍋爐煙氣排放污染物凈化效率計(jì)算

要進(jìn)行污染物凈化效率計(jì)算，首先應(yīng)了解污染物構(gòu)成，并掌握單位污染物量數(shù)值。其次，應(yīng)根據(jù)所掌握的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。我國鍋爐燃燒使用的多為煤炭，燃燒產(chǎn)生的煙氣之中主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳，這四種物質(zhì)都會(huì)給大氣環(huán)境造成影響，其中大量煙塵與二氧化硫是引起空氣污染的主要原因[1]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前許多工業(yè)企業(yè)燃燒的煤炭多是含硫量超過3%的高硫煤，一經(jīng)燃燒就會(huì)排出大量的煙塵和二氧化硫。在不同的鍋爐燃燒方式下，也會(huì)產(chǎn)生眾多污染物質(zhì)。例如，一般供暖鍋爐燃燒以及家庭鍋爐燃燒每噸會(huì)產(chǎn)生16.0S（S為煤的含硫量%）千克二氧化硫，3.62千克氮氧化物，22.7千克一氧化碳，4.5千克碳?xì)浠衔?；電站采用的鍋爐燃燒每噸會(huì)產(chǎn)生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，0.23一氧化碳，0.091碳?xì)浠衔?；工業(yè)鍋爐燃燒每噸會(huì)產(chǎn)生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，1.36一氧化碳，0.45碳?xì)浠衔颷2]。不同類型鍋 爐燃燒產(chǎn)生的參數(shù)值不同，因此要根據(jù)鍋爐類型進(jìn)行合理參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算方式有以下兩種：

第一，根據(jù)鍋爐燃燒煙氣排放濃度進(jìn)行計(jì)算，公式：

（1）

公式中所有符號(hào)表示的含義是：（1） 指所要計(jì)算的煙氣排放凈化系統(tǒng)效率，單位%；（2）C8指鍋爐煙氣排放凈化系統(tǒng)中含有的污染物濃度，單位mg/Nm3；（3）Cmax指經(jīng)由鍋爐煙氣排放凈化系統(tǒng)可落地的最大污染物，單位mg/Nm3；

其中Cmax的值通過Cmax=Cz-Ch-Cw式子獲得，Cz指的是國家大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中標(biāo)明的可排放污染物數(shù)量，單位mg/Nm3；Ch指的是污染物背景濃度，單位單位mg/Nm3；Cw指的是當(dāng)?shù)毓芾聿块T管控的未來新增加濃度，單位mg/Nm3。

第二，根據(jù)允許鍋爐燃燒煙氣排放量進(jìn)行計(jì)算，公式：

（2）

公式中所有符號(hào)表示的含義是：（1）Q8指鍋爐燃燒過程中生成的污染物總量，單位kg/h；Qg指環(huán)保部門管理規(guī)定下允許排放污染物量，單位kg/h.

根據(jù)第一個(gè)公式計(jì)算得出的結(jié)果是滿足大氣環(huán)境要求的凈化效率，根據(jù)第二個(gè)公式得出的結(jié)果是要想達(dá)到環(huán)保部門等管理機(jī)構(gòu)的規(guī)定要求，鍋爐煙氣排放凈化系統(tǒng)達(dá)到的凈化效率。因?yàn)檫x擇參數(shù)不同，所以兩個(gè)公式計(jì)算出的結(jié)果會(huì)有差距，對(duì)此，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)具備的數(shù)據(jù)參數(shù)、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)合理選擇計(jì)算方式，得到與實(shí)際結(jié)果更加接近的數(shù)值。

2.煙氣抬升高度計(jì)算

鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣抬升高度如果較高，會(huì)提升煙囪的熱量排放值，此時(shí)大量煙氣會(huì)在高溫作用下持續(xù)抬升高度，有利于減少鍋爐熱損失，對(duì)此可以通過增加鍋爐熱量排放來提升煙氣抬升高度[3]。煙氣排出時(shí)的速度也會(huì)影響煙氣抬升高度，當(dāng)煙囪排出煙氣的噴氣速度過低，煙氣容易下降高度，這個(gè)速度值一般劃定在（ ）<0.8；當(dāng)煙氣排出時(shí)的噴氣速度較快，就會(huì)給煙氣形成助理，推動(dòng)煙氣持續(xù)向上，抬升高度，數(shù)據(jù)表明，煙囪煙氣噴氣速度達(dá)到15m/s，并且達(dá)到 ≥2的條件時(shí)，會(huì)形成最佳的噴氣速度，有利于取得較高的煙氣抬升高度。但是在空中煙氣會(huì)受到風(fēng)向等因素的干擾，有時(shí)候的實(shí)際抬升高度并不能達(dá)到計(jì)算高度，尤其是煙囪位于迎風(fēng)口處時(shí)，容易在此形成負(fù)壓區(qū)，阻礙了煙氣的抬升高度[4]。

鍋爐燃燒煙氣抬升高度計(jì)算方法有兩種，分別是：

第一，采用霍蘭特計(jì)算公式。

公式中所有符號(hào)表示的含義是：（1） 指煙氣出口速度，單位m/s；（2）d指煙囪出口直徑，單位m；（3）Qh指煙囪的排熱量，單位kcal/s；（4）

指煙囪出口位置的平均風(fēng)速，單位m/s.

第二，我國國內(nèi)GB3840-83計(jì)算公式。

條件為 Qh≥500kcal/s，或者 △T≥35K，

其中，

條件為， Qh<500kcal/s，或者 △T<35K，

上述兩個(gè)式子中所有符號(hào)表示的含義：（1） Qh指煙氣熱釋放率，單位kcal/s；（2） Qv指鍋爐燃燒實(shí)際排煙量，單位m/s；（3） μa指規(guī)定的平均風(fēng)速，單位m/s；（4） Ts指煙囪出口處煙氣溫度，單位K；（5）Ta指環(huán)境平均氣溫，單位K；（6）no指煙氣熱狀態(tài)及地表狀況系數(shù)；（7）n1 指煙氣熱釋放率指數(shù)；（8） n2指高度指數(shù)；（9） μs指煙囪出口處煙氣流速，單位m/s；（10）d指煙囪出口內(nèi)徑，單位m.

3.煙囪幾何高度計(jì)算

研究煙囪幾何高度的目的是為了保證鍋爐燃燒煙氣排放落地污染物與大氣環(huán)境背景濃度疊加后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本文利用P值法和污染物排出濃度計(jì)算方法對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行研究和計(jì)算。

第一，P值法計(jì)算。

P值法計(jì)算中主要根據(jù)污染物排放量與國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行計(jì)算，公式為：

公式中出現(xiàn)的與上文解釋過的符號(hào)相同者意思相同，此外，（1） Qv指鍋爐燃燒煙氣排放量，單位Nm3/s；（2） Cg指國家排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濃度，單位ng/Nm3；P指允許排放指標(biāo)，單位kg/h m3.（3）P值計(jì)算可按《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則和方法》內(nèi)公式進(jìn)行。

第二，污染物排出濃度計(jì)算。

污染物排出濃度計(jì)算是要求最終落地污染物濃度低于規(guī)定的最高允許排放濃度，公式：

其中 ）

公式中符號(hào)表示的含義是：（1） Cp指空氣的定壓體積熱熔，單位kcal/Nm3；（2） QN指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的流量，單位Nm3/s；公式中出現(xiàn)的與上文解釋過的符號(hào)相同者意思相同。

結(jié)論：鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣對(duì)大氣環(huán)境會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，若要減少煤炭燃燒煙氣的污染效果，可進(jìn)一步改善鍋爐煙氣排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過上文分析，可見在鍋爐煙氣排放系統(tǒng)環(huán)保設(shè)計(jì)中存在三個(gè)重要參數(shù)，即煙氣排放污染物凈化效率、煙囪幾何高度以及煙氣抬升高度。對(duì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，掌握合理參數(shù)數(shù)值是減少煙囪排放污染氣體的有效措施。

參考文獻(xiàn)：

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