生物質(zhì)蒸汽鍋爐項(xiàng)目環(huán)保驗(yàn)收異常數(shù)據(jù)分析
——以一例“總量超標(biāo)”為例

湯 鵬

(南京致行環(huán)境科技有限公司，江蘇 南京 210019)

0 引言

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的環(huán)保管理制度要求，衡量企業(yè)的排污是否達(dá)標(biāo)，不僅僅要考慮濃度達(dá)標(biāo)，還要考慮排放總量達(dá)標(biāo)，即“雙達(dá)標(biāo)”管理。在對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行竣工環(huán)保驗(yàn)收的時(shí)候，排污總量是否達(dá)標(biāo)，是建設(shè)項(xiàng)目能否通過驗(yàn)收的條件之一。如驗(yàn)收核算的總量超出了環(huán)評(píng)預(yù)測(cè)總量，則可以判定項(xiàng)目不具備驗(yàn)收合格條件。

自2017年以來，竣工環(huán)保驗(yàn)收實(shí)行企業(yè)自主驗(yàn)收，同時(shí)放開驗(yàn)收市場(chǎng)，大量良莠不齊的機(jī)構(gòu)涌入市場(chǎng)，給驗(yàn)收質(zhì)量帶來了一定挑戰(zhàn)。

在實(shí)際驗(yàn)收過程中，“總量超標(biāo)”是常見問題之一。對(duì)于此類問題，通常都將原因歸結(jié)為環(huán)評(píng)分析不準(zhǔn)，即認(rèn)為實(shí)測(cè)結(jié)果如實(shí)反映了項(xiàng)目應(yīng)有的排污強(qiáng)度。

考慮到環(huán)評(píng)編制質(zhì)量的良莠不齊，上述判斷有一定的合理性，但也存在一定的狹隘性。部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雖然反映了實(shí)際排污強(qiáng)度，但并不能反映污染治理系統(tǒng)的健康有效運(yùn)行，從而無法判斷實(shí)際排放強(qiáng)度是否能夠代表應(yīng)有的排放強(qiáng)度。在此情況下，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析，通過數(shù)據(jù)排查存在的環(huán)境問題顯得尤為重要。

本文通過一個(gè)鍋爐廢氣顆粒物總量超標(biāo)的驗(yàn)收案例，對(duì)此進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目環(huán)評(píng)簡(jiǎn)析

本案例為專用生物質(zhì)蒸汽鍋爐，采用成型生物質(zhì)顆粒燃料。鍋爐設(shè)計(jì)規(guī)模為2 t/h，日運(yùn)行8 h，生物質(zhì)顆粒燃料消耗量為3 t/d。

鍋爐配套專用除塵器，采用一級(jí)旋風(fēng)除塵+布袋除塵組合工藝，風(fēng)量8 500 m3/h。根據(jù)國(guó)家《高污染燃料目錄》以及區(qū)域內(nèi)高污染燃料禁燃區(qū)的管理要求，配備高效除塵器是生物質(zhì)專用鍋爐能否通過驗(yàn)收的條件之一。

環(huán)評(píng)報(bào)告中鍋爐廢氣顆粒物的產(chǎn)生情況見表1。

表1 鍋爐廢氣污染物產(chǎn)生情況一覽表

2 驗(yàn)收監(jiān)測(cè)結(jié)果

驗(yàn)收期間，通過對(duì)除塵器的排放口進(jìn)行采樣，污染物的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

對(duì)照《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)表3燃煤鍋爐大氣污染物特別排放限值(30 mg/Nm3)，該項(xiàng)目鍋爐廢氣中顆粒物濃度實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。但根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果核算的顆粒物排放總量為0.156 t/a，環(huán)評(píng)估算排放量為0.001 t/a，遠(yuǎn)超出了環(huán)評(píng)預(yù)估的總量。按照驗(yàn)收規(guī)范要求，該項(xiàng)目無法通過驗(yàn)收。

表2 鍋爐廢氣排放口監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 數(shù)據(jù)分析

從驗(yàn)收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，在煙氣參數(shù)方面，煙氣氧含量、煙氣溫度和標(biāo)態(tài)煙氣量存在一定的異常之處。

3.1 氧含量分析

根據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)，實(shí)測(cè)的鍋爐顆粒物、二氧化硫、氮氧化物的排放濃度，應(yīng)執(zhí)行GB 5468或者GB/T 16157的規(guī)定，折算為基準(zhǔn)氧含量排放濃度，計(jì)算公式見公式(1)。按照該標(biāo)準(zhǔn)，生物質(zhì)鍋爐基準(zhǔn)氧含量按照標(biāo)準(zhǔn)取9%。

(1)

式中：ρ——大氣污染物基準(zhǔn)氧含量排放濃度，mg/m3；

ρ′——大氣污染物實(shí)測(cè)排放濃度，mg/m3；

φ(O2)——基準(zhǔn)氧含量；

φ′(O2)——實(shí)測(cè)氧含量。

從上式中可以看出，在基準(zhǔn)氧含量一定的情況下，實(shí)測(cè)氧含量越大，則折算的濃度越高。因此，一個(gè)合理的氧含量，對(duì)達(dá)標(biāo)排放的判斷意義重大。

燃料的燃燒是一個(gè)耗氧過程。空氣中的氧含量為21%，在經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)送入鍋爐內(nèi)參與燃燒，氧氣得到消耗。鍋爐出口煙氣中氧含量越少，說明燃料燃燒得越充分。

影響煙氣中氧含量的因素主要有[1]：燃燒系統(tǒng)的配風(fēng)、鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷、系統(tǒng)漏風(fēng)等。對(duì)于配風(fēng)而言，如果鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量過大，則會(huì)造成燃料不能充分燃燒，爐內(nèi)空氣剩余量增加，使煙氣中氧含量的增加。對(duì)于鍋爐負(fù)荷，測(cè)試在用鍋爐煙塵排放濃度時(shí)，必須在鍋爐設(shè)計(jì)處理70%以上的情況下進(jìn)行。當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，鍋爐排煙熱損失增加、運(yùn)行效率降低。如發(fā)生系統(tǒng)漏風(fēng)，則必然造成煙氣中氧含量的增大，進(jìn)而影響折算后的污染物排放量。

一般而言，鍋爐煙氣中氧含量控制的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在6%～8%范圍內(nèi)，超過此范圍，則可以認(rèn)為煙氣中的氧含量較高。本案例中，煙氣的氧含量均在11%以上，較正常值偏高，說明可能存在風(fēng)量過大、系統(tǒng)漏風(fēng)等情形。

3.2 煙氣溫度分析

一般情況下，除塵裝置出口的煙氣溫度約80 ℃左右。煙氣溫度過高，可能會(huì)造成布袋除塵器的濾袋在長(zhǎng)期的高溫條件下發(fā)生變性或燃燒，從而影響布袋除塵器的效果。

造成鍋爐煙氣溫度高的原因主要有[2]：燃料水分比設(shè)計(jì)值偏大、鍋爐的床溫比設(shè)計(jì)值低、生物質(zhì)燃料被煙氣攜帶進(jìn)入尾部煙道燃燒等。

本案例的除塵器出口處的煙氣溫度在136～137 ℃，已明顯高出正常煙氣溫度值，可以推斷，除塵裝置進(jìn)口的溫度應(yīng)更高。在長(zhǎng)期高溫條件下，除塵器濾袋有可能性能降低，造成除塵效率下降。

3.3 煙氣量分析

根據(jù)《第一次全國(guó)污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》，鍋爐煙氣的產(chǎn)生系數(shù)為6 240.28 Nm3/t-燃料。根據(jù)該鍋爐的燃料用量和日運(yùn)行時(shí)間折算，小時(shí)煙氣量約2 340.11 Nm3/h，與實(shí)測(cè)的煙氣量偏差較大。

研究表明[3]：燃料完全燃燒時(shí)，煙氣量隨過剩空氣系數(shù)的增加而增加；一般在有過?？諝獯嬖诘那闆r下，發(fā)生不完全燃燒時(shí)，煙氣量將比完全燃燒時(shí)增加。當(dāng)空氣供給不足發(fā)生不完全燃燒時(shí)，煙氣量比完全燃燒時(shí)有所減少。因此初步判斷該鍋爐運(yùn)行時(shí)發(fā)生了不完全燃燒。

3.4 綜合判斷

通過對(duì)含氧量、煙氣溫度、煙氣量的成因綜合分析，并結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果的異常數(shù)據(jù)，初步推測(cè)造成顆粒物總量排放過大的原因?yàn)椋哄仩t送風(fēng)風(fēng)量過大造成燃料不能夠充分燃燒，也造成了煙氣氧含量和煙氣量的增加；同時(shí)煙氣溫度過高造成除塵器濾袋破壞、除塵效率下降。不利因素的疊加造成了鍋爐廢氣除塵裝置異常運(yùn)行，使得煙塵排放量增加。

4 原因分析及解決建議

4.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

為了驗(yàn)證推測(cè)的正確性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)查并對(duì)監(jiān)測(cè)人員、現(xiàn)場(chǎng)工人及工程實(shí)施單位進(jìn)行走訪。調(diào)查結(jié)果如下：

(1)由于系統(tǒng)原因，企業(yè)加大了鍋爐的進(jìn)風(fēng)量，部分未完全燃燒并帶著火苗的生物質(zhì)燃料和飛灰隨風(fēng)進(jìn)入除塵系統(tǒng)，在被布袋捕集后仍繼續(xù)燃燒，導(dǎo)致濾袋在高溫下被損壞。

(2)除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷。限于鍋爐房空間，鍋爐煙氣出口直接與除塵器相連，管線長(zhǎng)度較短，中間缺少煙氣冷卻裝置，從而使溫度較高的煙氣直接進(jìn)入除塵系統(tǒng)。由于除塵裝置進(jìn)口管段仍有火苗或火星，難以實(shí)施采樣。

(3)除塵器表面呈現(xiàn)烘烤的痕跡(見圖1)?，F(xiàn)場(chǎng)工人及工程實(shí)施單位反映，除塵器投入使用2個(gè)月以來，因高溫?fù)p毀，濾袋已更換一次。

圖1 除塵裝置現(xiàn)狀Fig.1 Status of dustremoval device

4.2 原因分析

4.2.1 氧含量及煙氣量過大原因

氧含量與煙氣量均與系統(tǒng)的配風(fēng)關(guān)系密切。該案例的氧含量與煙氣量過大的原因如下：由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷，使系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)風(fēng)阻較大。為了克服阻力，企業(yè)加大了除塵器后端的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，在克服系統(tǒng)阻力的同時(shí)，也加快了爐膛內(nèi)部空氣的流失，使生物質(zhì)顆粒存在不充分燃燒的現(xiàn)象。這樣，由于系統(tǒng)阻力偏大，造成人為的加大風(fēng)量，使燃料未能充分燃燒，從而使煙氣量過大、煙氣中的氧含量偏高。

4.2.2 煙溫過高原因

由于整個(gè)系統(tǒng)的引風(fēng)量過大，使得管道內(nèi)的風(fēng)速偏大，生物質(zhì)燃料質(zhì)量偏輕，部分未完全燃燒的燃料被高速煙氣裹挾進(jìn)入煙道和除塵系統(tǒng)，在其中繼續(xù)燃燒。同時(shí)，鍋爐出口與除塵器進(jìn)口之間的管線距離約2米，并且缺少煙氣冷卻裝置，使得爐內(nèi)的高溫?zé)煔庠诟咚贁y帶下短時(shí)間內(nèi)難以降溫而直接進(jìn)入除塵系統(tǒng)，從而造成了出口處的煙氣溫度過高，也使除塵器的布袋遭到了破壞。

綜上，由于除塵系統(tǒng)阻力偏大，造成系統(tǒng)風(fēng)量偏大和燃料不充分燃燒，從而使煙氣溫度過高，煙氣量、氧含量偏大。而煙氣溫度過高使除塵器布袋損壞、處理效率下降，氧含量和煙氣量偏大，造成折算的排放濃度偏高、排放速率偏大，是本案例顆粒物排放總量偏大甚至超標(biāo)的真正原因。

4.2.3 解決建議

根據(jù)以上分析，提出的優(yōu)化方案如下：

(1)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)的阻力在合理范圍內(nèi)。如增加過濾面積，降低過濾風(fēng)速，可降低系統(tǒng)阻力[4]。

(2)降低鍋爐煙氣溫度。如減少漏風(fēng)、選擇適當(dāng)?shù)倪^?？諝庀禂?shù)，可起到降低煙溫的效果[5]。在鍋爐出口與除塵器進(jìn)口之間增設(shè)煙氣冷卻裝置，可顯著降低煙氣溫度[6]。

(3)更換布袋除塵器濾袋，采用耐高溫濾袋。耐高溫濾袋一般指耐溫在200 ℃以上的過濾材料[7]，材質(zhì)有玻璃纖維、PPS、PI、PTFE、芳綸等材質(zhì)，其中玻纖的耐溫達(dá)250～280 ℃[8]，可滿足本案需求。

5 數(shù)據(jù)分析的重要性

5.1 數(shù)據(jù)分析可查找環(huán)保問題

按照環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范，在監(jiān)測(cè)污染物的同時(shí)，還應(yīng)同時(shí)記錄相關(guān)參數(shù)，比如氣象參數(shù)、水文參數(shù)、廢氣溫度、流量、氣壓等等。由于相關(guān)參數(shù)中包含了監(jiān)測(cè)時(shí)的環(huán)境信息、工況信息等，如發(fā)生超標(biāo)，可通過這些參數(shù)分析和查找原因。

因此，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是查找問題的必須手段。

5.2 數(shù)據(jù)分析可規(guī)范環(huán)保管理

以環(huán)保驗(yàn)收為例，目前實(shí)際驗(yàn)收過程中總量超標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，較普遍的做法是重新報(bào)批環(huán)評(píng)文件或者編制變動(dòng)分析報(bào)告，重新核算污染物排放總量并申請(qǐng)實(shí)施。

由于無法準(zhǔn)確的識(shí)別環(huán)保設(shè)施存在的問題，使部分異常運(yùn)行的、不符合驗(yàn)收條件的環(huán)保設(shè)施得以通過驗(yàn)收。對(duì)規(guī)范環(huán)保管理工作而言，存在較大的缺陷和隱患。但由于問題的隱秘性和復(fù)雜性，以及驗(yàn)收人員的專業(yè)性和職業(yè)操守等原因，該問題往往被忽視。而事實(shí)上，監(jiān)測(cè)參數(shù)中往往包含著“系統(tǒng)”的“健康信息”。通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以查找項(xiàng)目自身的原因，使存在的問題得以消除、設(shè)施得以正常運(yùn)行，不但利于企業(yè)自身的環(huán)保管理，也利于政府對(duì)企業(yè)的環(huán)保管理。

5.3 數(shù)據(jù)分析是高質(zhì)量環(huán)境服務(wù)的保障

隨著“環(huán)保管家”、“環(huán)境醫(yī)生”等概念的推廣，對(duì)企業(yè)環(huán)保全過程管理的思路已基本建立。醫(yī)生的日常工作內(nèi)容之一就是根據(jù)各種檢查報(bào)告發(fā)現(xiàn)患者的疾病，提出治療方案。作為企業(yè)的“環(huán)境醫(yī)生”也不能僅僅局限在指導(dǎo)企業(yè)實(shí)施各種規(guī)范條文，還應(yīng)具備環(huán)境問題的“診斷”能力，即通過分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和排查設(shè)施或系統(tǒng)的環(huán)境問題，從而提出改進(jìn)措施，將環(huán)保技術(shù)咨詢落到實(shí)處，既可提高服務(wù)的質(zhì)量，也可提升環(huán)保技術(shù)咨詢?nèi)藛T的職業(yè)形象。

環(huán)保驗(yàn)收當(dāng)中，對(duì)于數(shù)據(jù)的審核，不能僅僅局限在準(zhǔn)確性和有效性方面，更高的要求是能從真實(shí)有效的數(shù)據(jù)里發(fā)現(xiàn)環(huán)保問題，為企業(yè)提供有效的整改計(jì)劃，使?jié)撛诘沫h(huán)境問題在驗(yàn)收階段就得以消除，使驗(yàn)收的有效性落到實(shí)處，這樣才是高質(zhì)量的驗(yàn)收。

6 結(jié)語(yǔ)

通過分析一例生物質(zhì)鍋爐驗(yàn)收監(jiān)測(cè)報(bào)告中煙氣量、氧含量、煙氣溫度均偏高的異常情況，經(jīng)過分析和核查，表明其顆粒物排放總量超標(biāo)是由除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷造成煙氣量、氧含量和煙氣溫度偏高，致使除塵設(shè)備異常運(yùn)行造成的。在此基礎(chǔ)上，提出了整改建議。通過分析異常數(shù)據(jù)，為高質(zhì)量的建設(shè)項(xiàng)目環(huán)保驗(yàn)收提供了技術(shù)支持。

在環(huán)境咨詢行業(yè)進(jìn)入“環(huán)保管家”、“環(huán)境醫(yī)生”時(shí)代的大背景下，從業(yè)人員具備通過分析數(shù)據(jù)查找問題的能力顯得越來越重要。