燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放措施探討

周維權(quán) 文釗

（1．西南油氣田公司川東北作業(yè)分公司羅家寨生產(chǎn)作業(yè)區(qū)，四川 達(dá)州636164；2．西南油氣田公司川東北作業(yè)分公司檢修維中心，四川 達(dá)州636164）

1 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

為了減少工業(yè)鍋爐大氣污染物排放對環(huán)境的影響，我國于2014 年7 月1 日開始實(shí)施新修訂的GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)），提高了工業(yè)鍋爐各項(xiàng)污染物排放控制要求。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在用蒸汽鍋爐和熱水鍋爐自2015年10月1日起執(zhí)行新的大氣污染物排放限值[1]。2014年7月1日之前建設(shè)的燃?xì)忮仩t顆粒物排放濃度≤30 mg/m3,二氧化硫的排放濃度≤100 mg/m3，氮氧化物的排放濃度≤400 mg/m3。在這之后新建的燃?xì)忮仩t顆粒物排放濃度≤20 mg/m3，二氧化硫排放濃度≤50 mg/m3，氮氧化物排放濃度≤200 mg/m3。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以后，為了應(yīng)對更加嚴(yán)峻的大氣污染物排放形勢，北京市、上海市、天津市、山東省等省市在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步修訂了地方標(biāo)準(zhǔn)，收嚴(yán)了工業(yè)鍋爐大氣污染物排放限值，特別是氮氧化物排放限值，其中以北京市要求最為嚴(yán)格。北京市于2015 年5 月發(fā)布《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/139-2015）要求自2017年4月1起新建的燃?xì)忮仩t顆粒物排放濃度≤10 mg/m3，二氧化硫排放濃度≤10 mg/m3，氮氧化物排放濃度≤30mg/m3。

2 鍋爐大氣污染物排放濃度計(jì)算

為了控制好排污企業(yè)有意增大空氣量來稀釋污染物排放濃度的行為，《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271-2014）規(guī)定，實(shí)測的煙氣鍋爐顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等指標(biāo)的排放濃度，應(yīng)折算為基準(zhǔn)氧含量排放濃度，公式如下（見圖1）。

3 燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放措施探討

從圖1的公式可以看出，要實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t大氣污染物的達(dá)標(biāo)排放，需要同時做好兩方面的工作。一是要控制煙氣中氧含量的實(shí)測值，二是要控制污染物的實(shí)測濃度。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物排放濃度折算公式

3.1 控制煙氣中氧含量，是燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵

燃?xì)忮仩t的基準(zhǔn)氧含量取3.5%，按照圖1 公式，計(jì)算大氣污染物濃度折算倍數(shù)（大氣污染物基準(zhǔn)氧含量排放濃度與實(shí)測的大氣污染物排放濃度之比，也即ρ/ρ′）（見表1）。

表1 大氣污染物濃度折算倍數(shù)與氧含量關(guān)系

從上表可以看處，當(dāng)煙氣中實(shí)測氧含量值為12.25%時，折算倍數(shù)為2；當(dāng)超過這個值后，折算倍數(shù)成指數(shù)級曲線增長；當(dāng)氧含量達(dá)到21%時，折算倍數(shù)可以達(dá)到無窮大，污染物的折算濃度理論上也可能達(dá)到無窮大。由此可見，控制煙氣中氧含量是燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。那么，如何控制煙氣中實(shí)測氧含量呢？

3.1.1 精確控制燃燒配風(fēng)

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，鍋爐正常運(yùn)行時，爐膛負(fù)壓應(yīng)保持在20-30Pa[2]。如果燃燒風(fēng)機(jī)給風(fēng)量偏大，會造成爐膛內(nèi)空氣富余，降低鍋爐熱效率，造成煙氣中含塵量和氧含量的增加。所以要使用先進(jìn)燃燒控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷與燃燒機(jī)配風(fēng)量的精確控制。

3.1.2 減少鍋爐在低負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行

按規(guī)范要求，鍋爐在進(jìn)行煙塵排放濃度測試時，鍋爐負(fù)荷必須在70%以上才能進(jìn)行。鍋爐在低負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，會出現(xiàn)有效燃燒面積不夠，造成大量空氣進(jìn)入爐膛而未能被充分利用，使煙氣中氧含量增加，同時造成煙氣量增大，鍋爐運(yùn)行效率降低，污染物排放增多。

3.1.3 避免鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)和多臺鍋爐共用一臺煙囪及煙氣在線分析儀

鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)主要包括設(shè)備和煙道漏風(fēng)，根據(jù)鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，漏風(fēng)主要發(fā)生在火焰觀察孔，引風(fēng)機(jī)擋板、鼓風(fēng)機(jī)擋板關(guān)閉不嚴(yán)，煙道損壞等情況，多余的空氣進(jìn)入煙氣中，由于煙囪的抽力，在負(fù)壓的作用下，大量的空氣進(jìn)入煙道，會造成煙氣中氧含量偏高。另外，若幾臺鍋爐共用一個煙囪和煙氣在線分析儀，在鍋爐切換、檢修等情況下，也會有大量空氣從未運(yùn)行的鍋爐和煙道進(jìn)入煙囪，造成煙氣氧含量測量偏高。

3.2 降低煙氣中氮氧化物實(shí)際排放濃度，是燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放的根本

燃?xì)忮仩t使用的燃料為天然氣，排放的煙氣中顆粒物和二氧化硫濃度較低，在合理組織燃燒的情況下上述指標(biāo)很容易實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，經(jīng)常超排的污染物指標(biāo)是NOX的濃度。

燃燒理論將NOX的生成分為快速型NOX、熱力型NOX和和燃料型NOX，其中燃?xì)忮仩t生成的氮氧化物中除了少量的快速型NOX，95%屬于熱力型NOX。要降低燃?xì)忮仩t氮氧化物排放量，主要就是降低熱力型NOX的生成，主要途徑就是降低燃料周圍的氧濃度以及燃燒溫度。目前國內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的主要包括分級燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)及低氮燃燒器技術(shù)。

3.2.1 分級燃燒技術(shù)

分級燃燒即將燃燒過程分為三個區(qū)域：主燃區(qū)、再燃還原區(qū)及完全燃燒區(qū)。在主燃區(qū)送入大部分燃料，主燃燒區(qū)的上部(火焰的下游)噴入二次燃料進(jìn)行再燃燒并形成還原性氣氛，在高溫和還原性氣氛下產(chǎn)生碳?xì)浠鶊F(tuán)，將主燃燒區(qū)生成的NOx還原成分子N2 及中間產(chǎn)物等基團(tuán)，在完全燃燒區(qū)送入燃燒所需其余空氣，完成燃盡過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用分級燃燒技術(shù)一般可減少50%-70%的NOX排放。

3.2.2 煙氣再循環(huán)技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)是把一部分爐膛尾氣返回配風(fēng)系統(tǒng)，從而降低燃燒溫度和氧濃度，達(dá)到降低NOX生產(chǎn)量的目的。煙氣再循環(huán)技術(shù)分為煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)和煙氣外循環(huán)技術(shù)，目前低氮改造使用較多的是煙氣外循環(huán)技術(shù)，即從鍋爐尾部煙氣出口抽取煙氣，加入到二次風(fēng)或一次風(fēng)內(nèi)，再通過燃燒風(fēng)機(jī)或再循環(huán)風(fēng)機(jī)送入爐膛。煙氣再循環(huán)的效果與再循環(huán)煙氣量有關(guān)，但再循環(huán)量不能太大，否則爐溫降低太多，燃燒不穩(wěn)定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)煙氣再循環(huán)率在10%～15%時，可降低燃?xì)忮仩tNOX排放濃度約40%[3]。

3.2.3 低氮燃燒器技術(shù)

低氮燃燒器是通過特殊設(shè)計(jì)燃燒器結(jié)構(gòu)，使燃料與空氣分段燃燒，盡可能降低點(diǎn)火區(qū)的溫度和氧濃度，在保證燃料著火和燃燒的同時能有效地抑制NOX的生成。采用低氮燃燒器技術(shù)，火焰長度和直徑較傳統(tǒng)燃燒器增大，因此使用低氮燃燒器技術(shù)要注意鍋爐燃燒室尺寸與新燃燒器火焰匹配。

4 結(jié)語

在日趨嚴(yán)格的環(huán)保形勢下，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t大氣污染物達(dá)標(biāo)排放極其重要。燃?xì)忮仩t使用單位可以通過改造燃燒控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確配風(fēng)，減少鍋爐在低負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行，避免鍋爐系統(tǒng)漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)一臺鍋爐使用一臺煙囪及在線分析儀等方式控制煙氣中氧含量實(shí)測濃度，再結(jié)合鍋爐配置情況，采用煙氣再循環(huán)技術(shù)加低氮燃燒器技術(shù)對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，控制煙氣中氮氧化物實(shí)際排放濃度，完全能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)忮仩t大氣污染物的達(dá)標(biāo)排放。