重油燃燒時(shí)的煙塵成分分析及治理研究

路永勝

【摘 要】分析了油田注汽鍋爐在燃用重油時(shí)產(chǎn)生煙塵的形狀及特性，并對(duì)煙塵的成分進(jìn)行了測(cè)定，指出重油中灰分所形成的粉塵粒飛灰一般只占很少部分，其大部分煙塵來(lái)自未燃盡的殘?zhí)亢椭赜椭心z質(zhì)瀝青質(zhì)在爐內(nèi)形成的未燃盡的焦殼類煙塵，當(dāng)燃燒油霧中高溫缺氧時(shí)，會(huì)出現(xiàn)炭黑類煙塵。減少重油注汽鍋爐煙塵排放的根本方法是改善重油的霧化質(zhì)量和改進(jìn)爐內(nèi)燃燒。

【關(guān)鍵詞】重油燃燒；煙塵；環(huán)境保護(hù)

燃料油廣泛用于電廠發(fā)電、船舶鍋爐燃料、加熱爐燃料、冶金爐和其它工業(yè)爐燃料。主要由石油的裂化殘?jiān)秃椭别s殘?jiān)椭瞥傻?，其特點(diǎn)是粘度大，含非烴化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)多。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，燃料油國(guó)產(chǎn)種類可以進(jìn)行以下分類：200號(hào)重油、250號(hào)重油、180號(hào)燃料油、120號(hào)燃料油、7號(hào)燃料油、工業(yè)燃料油、催化油漿、蠟油、混合重油、瀝青等。燃料油的主要技術(shù)指標(biāo)有粘度、含硫量、閃點(diǎn)、水、灰分和機(jī)械雜質(zhì)。

燃料油作為一種優(yōu)質(zhì)燃料，較之各種煤炭具有含灰量極少，發(fā)熱量高，易著火燃燒和燃盡等優(yōu)點(diǎn)，特別是燃油鍋爐煙氣中煙塵濃度一般較燃煤爐低得多，因而使得燃油做為優(yōu)質(zhì)能源在城市中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但在燃油鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)燃用高黏度重油時(shí)卻不盡如人意，其排煙中的煙塵濃度常出現(xiàn)超過一類地區(qū)環(huán)保允許的煙塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)，造成環(huán)境污染。因此，有必要對(duì)燃油鍋爐在燃用重油時(shí)的煙塵特征及成分進(jìn)行分析研究，并有針對(duì)性地提出燃用高黏度重油時(shí)減少排煙中的煙塵濃度的方法和措施。國(guó)內(nèi)燃油鍋爐目前常用的重油為180#重油、380#重油，其油質(zhì)也存在著不小的差別。

不同油品的黏度、含硫成分和碳?xì)涑煞指鞑幌嗤械倪€相差很大。一般含灰量?jī)H為0.01%～0.02%，由此在煙氣中產(chǎn)生的煙塵濃燃油度約為7～14mg/m3。但實(shí)際燃油鍋爐運(yùn)行煙氣中煙塵濃度遠(yuǎn)高于此值。那么燃油鍋爐煙氣的煙塵中究竟還有哪些成分，其形狀和特點(diǎn)如何，亟待研究。

一、重油燃燒時(shí)煙塵的形狀和特點(diǎn)

燃油鍋爐在燃重油時(shí)，由于重油黏度較之輕油大得多，因此必須在運(yùn)行中提高重油的油溫，把重油的黏度降低到（11.5～27.7）×10-4M2/S左右，使重油霧化質(zhì)量有明顯的改善。但即使這樣，與輕油相比，其霧化油滴的平均粒徑仍然比輕油要粗些。

此外，重油霧化油滴在在燃油鍋爐內(nèi)高溫蒸發(fā)為油氣的同時(shí)，油滴內(nèi)重油中含有的部分液態(tài)膠質(zhì)瀝青質(zhì)會(huì)發(fā)生聚縮和表面固化，形成焦殼。由于受到爐內(nèi)高溫?zé)煔獾妮椛浜蛯?duì)流傳熱，油滴的表面溫度上升，焦殼內(nèi)的重油進(jìn)一步氣化為油氣，使焦殼內(nèi)部壓力升高，焦殼發(fā)生膨脹發(fā)泡。到一定極限時(shí)，焦殼破裂成幾部分，油氣和剩余的油液從破碎的焦殼中噴出后與空氣混合并燃燒剩余的焦殼也與空氣混合燃燒。如果空氣與焦殼?；旌喜缓?，焦殼內(nèi)的殘?zhí)烤秃茈y燃盡，會(huì)生成絮狀空心微粒型煙塵。這種絮狀煙塵屬未燃盡的焦殼類剩余型煙塵，由于其內(nèi)部已發(fā)泡為空心，故密度較小，粒徑較大，一般約為100～300微米。重油中的含灰量也高于輕油，一般。0.02%左右，但有時(shí)高達(dá)0.1%。由此產(chǎn)生的粉塵型飛灰在排煙中的濃度約為14～70mg/m3。在油霧濃度大而空氣少的區(qū)域，重油蒸汽中的部分碳?xì)浠衔镆部赡軙?huì)因高溫缺氧而發(fā)生熱解，生成固態(tài)炭粒，通常稱為炭黑，其粒徑一般很小，約為0.02—0.10微米。這種氣相析出型煙塵由于粒子細(xì)，容易粘附在物體表面而難以清除。炭黑的燃盡較困難，如果爐內(nèi)火焰尾部的煙溫較低，且空氣量又不足，則炭黑難以燃盡。形成大量炭黑粒子。炭黑類使煙氣變黑污染環(huán)境。因此，在油霧的根部必須供入充足的一次風(fēng)，避免或減少炭黑生成量。

由此可見，燃油鍋爐在燃用高黏度重油時(shí)，排煙中的煙塵主要為焦殼類絮狀煙塵，粉塵型飛灰也較之燃用輕油時(shí)要多得多。如果油氣混合不好，還可能出現(xiàn)炭黑類煙塵。由于重油中含灰量和殘?zhí)亢烤哂谳p油，又含有較多的膠質(zhì)瀝青質(zhì)，使其黏度大，霧化難度增加，油氣混合難度也加大，在爐內(nèi)燃燒時(shí)會(huì)形成焦殼，使燃盡難度大為增加。重油內(nèi)灰分和殘?zhí)己吭蕉?，所含膠質(zhì)瀝青質(zhì)越多，則燃盡的難度越大，煙塵的生成量也越多。因此，在燃用高黏度重油。如果不采取合理必要的技術(shù)措施，其煙塵的排放濃度會(huì)大幅度增加，造成嚴(yán)重的煙塵污染。

二、燃油鍋爐煙塵的治理措施

燃油鍋爐的煙塵治理，主要是如何有效地減少絮狀焦殼類煙塵的排放，通常有兩種途徑：

第一種途徑是在煙氣向大氣排放之前，在尾部煙道上增設(shè)高效除塵裝置，使煙氣得到凈化后再排放。但燃油鍋爐的煙塵粒度太細(xì)（如飛灰粉塵），或者相對(duì)密度太?。ㄈ缧鯛顭焿m）。如使用旋風(fēng)式除塵器或重力沉降式除塵器，其除塵效果很差。如使用濕式噴淋型除塵器，除塵效率可大大提高。但要增加廢水再循環(huán)處理系統(tǒng)，則要增加初始投資和后期運(yùn)行費(fèi)用。

第二種途徑是改善重油的霧化質(zhì)量，改進(jìn)爐內(nèi)燃燒，從根本上減少絮狀煙塵的生成量，基本上避免炭黑類煙塵，從而使排煙中的煙塵濃度達(dá)到環(huán)保允許的排放標(biāo)準(zhǔn)，并節(jié)約燃料。

為此，可采取如下技術(shù)措施：

（一）改善霧化質(zhì)量

包括重油的預(yù)熱、加壓、乳化劑混配等；降低燃油的運(yùn)行黏度是改善重油霧化質(zhì)量的首要措施。測(cè)定燃油的黏度曲線，按試驗(yàn)曲線合理地確定重油霧化時(shí)的運(yùn)行溫度，確保重油霧化時(shí)的黏度小于（11.5～27.7）×10-6M2/S。在同等條件下，油的黏度越小，則油霧的平均霧化粒度越細(xì)，燃燒效率越高，從而焦殼粒徑越小，絮狀剩余型煙塵量也越少。根據(jù)相關(guān)資料顯示和長(zhǎng)期實(shí)踐，目前注汽鍋爐燃料重油油溫95～100℃時(shí)，燃燒較為充分。合理的霧化壓力可以實(shí)現(xiàn)重油在霧化時(shí)形成顆粒均勻，有利于實(shí)現(xiàn)重油和空氣的均勻混合。與其他低沸點(diǎn)的輕燃料混合乳化也能改善重油的霧化質(zhì)量，其原理與摻水燃燒效果相似。

（二）選擇結(jié)構(gòu)先進(jìn)，運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的油槍

目前常用的油槍有機(jī)械霧化型和介質(zhì)霧化型等，油槍霧化質(zhì)量的好壞，不僅與油搶結(jié)構(gòu)有關(guān)。而且與油槍的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)密切相關(guān)。因此，用試驗(yàn)的方法確定油槍的最佳結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)，是不同工況下良好霧化質(zhì)量的根本保證。

（三）預(yù)熱空氣

預(yù)熱空氣一方面可以降低燃燒反應(yīng)時(shí)間，改善重油的著火條件。另一方面可以提高燃燒溫度，有助于實(shí)現(xiàn)完全燃燒。

（四）合理調(diào)節(jié)爐內(nèi)空氣與燃油的比例

保證爐內(nèi)空氣與油霧間的良好混合，使?fàn)t內(nèi)煙氣中含氧量和二氧化碳量處于最佳水平，從而可大大減少剩余型煙塵和炭黑類煙塵的生成量。

（五）提高爐膛溫度，合理控制過量空氣系數(shù)，減少漏風(fēng)，搞好保溫

在有條件的場(chǎng)合下可預(yù)熱空氣，從而提高爐溫，加快油滴的燃燒速度，大大減少焦殼類剩余型煙塵的產(chǎn)生。

三、結(jié)論

（1）燃油鍋爐燃用重油時(shí)，排煙中煙塵主要為未燃盡的絮狀焦殼類煙塵，其堆積相對(duì)密度為0.28，其成分為未燃盡的炭，真正的灰分僅占小部分，由SO3、Fe2O3，SiO2，AL2O3等組成，呈酸性。在燃用高硫重油時(shí)，SO3含量很高，有嚴(yán)重的腐蝕性，因此必須采取行之有效的脫硫措施。

（2）解決燃油鍋爐在燃用高黏度重油時(shí)煙塵排放超標(biāo)問題，根本的方法是改善重油的霧化，改進(jìn)爐內(nèi)的燃燒。只要合理確定重油的運(yùn)行溫度，確保重油的運(yùn)行黏度在（11.5～27.7）×10-6M2/s，并選擇結(jié)構(gòu)先進(jìn)的燃油噴嘴，選用合理的重油添加劑，確保重油的霧化質(zhì)量，合理調(diào)節(jié)運(yùn)行中的風(fēng)油比例等運(yùn)行參數(shù)，則燃用高黏度重油時(shí)煙氣中煙塵的排放濃度將大大降低，可以達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求的排放要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 GB 13271-2014.

【2】《鍋爐設(shè)備及運(yùn)行》 作者：姜錫倫、屈衛(wèi)東 ，中國(guó)電力出版社出版， 2010年01月.