陳時(shí)太

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院，福建 漳州 363000）

0 前言

鍋爐是利用燃料燃燒釋放的能量，對水（或其他工作介質(zhì)）進(jìn)行加熱后獲得規(guī)定參數(shù)的飽和蒸汽、熱水以及過熱蒸汽等工質(zhì)的裝置。為改善環(huán)境質(zhì)量，防控區(qū)域性大氣環(huán)境污染，我國對在用鍋爐、新建鍋爐尾氣污染監(jiān)測提出了明確的要求。根據(jù)鍋爐尾氣污染監(jiān)測要求，有針對性地實(shí)施鍋爐尾氣污染防治措施，有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 鍋爐尾氣污染監(jiān)測要求

1.1 煙塵監(jiān)測要求

依據(jù)《鍋爐煙塵測試方法》GB/T 5468可知，在鍋爐尾氣中煙塵監(jiān)測時(shí)，應(yīng)以鍋爐設(shè)計(jì)出力70%及以上作為前提條件，從鍋爐運(yùn)行3年內(nèi)、鍋爐運(yùn)行超出3年2個(gè)方面入手，將不同出力下實(shí)測煙塵排放濃度與出力影響系數(shù)K相乘后獲得額定出力下鍋爐煙塵排放濃度。如運(yùn)行3年內(nèi)鍋爐設(shè)計(jì)出力70%～75%時(shí)，出力影響系數(shù)K為1.6。

1.2 顆粒物監(jiān)測要求

由《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》GB/T 16157可知，在鍋爐煙塵中顆粒物監(jiān)測時(shí)，應(yīng)以鍋爐處于正常運(yùn)行狀態(tài)為前提條件，選擇垂直管段（避開煙道彎頭、斷面急劇變化位置），在距離彎頭、變徑管下游6倍直徑以上、上游3倍直徑以上位置采樣監(jiān)測。

1.3 氮氧化物監(jiān)測要求

由《固定污染源排氣中氮氧化物的測定—紫外分光光度法》HJ/T 42可知，在鍋爐尾氣中氮氧化物監(jiān)測時(shí)，應(yīng)設(shè)定方法檢出限為10 mg/m2（采樣體積為1 L），定量測定濃度下限為34 mg/m2。如果無稀釋操作，則測定濃度上限為1 730 mg/m2。

1.4 二氧化硫監(jiān)測要求

由《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 碘量法》HJ/T 56可知，在鍋爐尾氣中二氧化硫監(jiān)測時(shí)，應(yīng)在額定負(fù)荷下，利用2個(gè)75 mL的多孔玻板吸收瓶串聯(lián)采集樣品，每一個(gè)瓶子加入30 mL以上、40 mL以下吸收液后，以0.5 L/min流量采樣，并通過外用冷水浴的方式控制吸收液溫度。

2 鍋爐尾氣污染監(jiān)測現(xiàn)狀

2019年，我國實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值接近1 000萬億元，人均生產(chǎn)總值突破1萬美元，全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行平穩(wěn)，呈現(xiàn)出協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢。2020年，中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會與揮發(fā)性有機(jī)物污染控制材料與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室協(xié)同中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會廢氣凈化委員會舉辦了第九屆全國揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）減排與控制會議，以“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”為主題，深入解讀了與有機(jī)污染物污染防治有關(guān)的法規(guī)政策。與此同時(shí)，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《全國大氣污染防治工作要點(diǎn)》，對國家主要污染物排放總量削減任務(wù)進(jìn)行了逐一分解，要求關(guān)停淘汰企業(yè)，原地整治化工、造紙、印制電路板、涂裝企業(yè)有機(jī)廢氣治理問題，使全國未達(dá)標(biāo)城市細(xì)顆粒物（PM2.5）年均濃度同比下降至2%，地級及以上城市平均優(yōu)良天數(shù)比率達(dá)到79.4%，全國二氧化硫（SOs）、氮氧化物（NOx）排放總量同比削減3%。

雖然上述政策取得了一定成效，但是治理期過后，仍然會有新的污染出現(xiàn)，工業(yè)鍋爐燃煤產(chǎn)生的尾氣污染居高不下。通過對工業(yè)鍋爐燃煤污染進(jìn)行分析可知，鍋爐燃燒生產(chǎn)系統(tǒng)陳舊、鍋爐使用管理不科學(xué)、尾氣處理系統(tǒng)滯后是主要原因。

2.1 燃燒生產(chǎn)系統(tǒng)總體較為陳舊

當(dāng)前我國各地工業(yè)鍋爐燃燒生產(chǎn)系統(tǒng)總體較為陳舊，過半工業(yè)鍋爐無除塵裝置，多數(shù)為機(jī)械除塵，也沒有配置煙氣脫硫或除塵設(shè)備[1]。再加上部分鍋爐長時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)階段，燃煤燃燒不充分，燃煤效率不高，排出煙氣溫度高，不僅造成了較大的熱損失，而且導(dǎo)致鍋爐尾氣中有害物質(zhì)大量排放到大氣環(huán)境中，造成嚴(yán)重的大氣污染。

2.2 使用、制造、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善

我國工業(yè)鍋爐使用、制造、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，多數(shù)從宏觀視角進(jìn)行制定，沒有細(xì)化到鍋爐使用、管理層面。在鍋爐管理者需要調(diào)整鍋爐燃燒負(fù)荷時(shí)，因無具體標(biāo)準(zhǔn)，也無準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確、有效地進(jìn)行鍋爐運(yùn)行溫度調(diào)整，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行熱效率降低，不完全燃燒產(chǎn)生的尾氣增加，對大氣環(huán)境造成較為嚴(yán)重的污染。

2.3 鍋爐尾氣處理系統(tǒng)存在一定缺陷

相較于西方發(fā)達(dá)國家來說，我國鍋爐尾氣處理系統(tǒng)存在一定缺陷，無法將鍋爐燃燒所產(chǎn)生的尾氣有效過濾處理，最終導(dǎo)致鍋爐燃燒所產(chǎn)生的有害尾氣直接排放到大氣環(huán)境中，對周邊生態(tài)環(huán)境以及人們身體健康造成嚴(yán)重影響。

3 鍋爐尾氣污染防治措施

3.1 改造鍋爐裝置

以炭黑尾氣鍋爐為例，炭黑尾氣鍋爐在我國炭黑工業(yè)占據(jù)比重較大，多數(shù)鍋爐尾氣排放與新標(biāo)準(zhǔn)要求不相符。當(dāng)前國內(nèi)炭黑生產(chǎn)裝置大多蒽油、煤焦油為主體，在利用煤焦油進(jìn)行不同類別炭黑制品階段伴隨著含可燃、有毒一氧化碳的尾氣的產(chǎn)生，不僅會污染大氣環(huán)境，而且會造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

3.1.1 布置尾氣余熱利用裝置

從炭黑尾氣成分入手，其主要組成成分為9.82%一氧化碳、2.3%二氧化碳、10.6%氫氣、0.27%甲烷、38.57%水蒸氣、37.8%氮?dú)狻?.63%硫化氫以及15.3%總懸浮顆粒物，溫度大多在180℃以上，260℃以下。為了有效利用鍋爐尾氣余熱，預(yù)防尾氣污染，可以在空氣預(yù)熱器、除塵器間布置尾氣余熱利用裝置。如果初始煙氣量為125 000 m3/h，裝置入口煙氣溫度為250 ℃。依據(jù)脫硫系統(tǒng)對余熱利用裝置的要求，須對系統(tǒng)內(nèi)煙氣進(jìn)行再次冷卻處理方可達(dá)到節(jié)能降耗效果?？紤]到脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)石膏帶水量、廢水排放量無明顯變化，而除霧器沖洗須 36.8 m3/h水補(bǔ)充，此時(shí)，就可以通過降低FGD系統(tǒng)入口煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)零補(bǔ)給。需要注意的是，在換熱裝置材質(zhì)選擇時(shí)，可以選擇ND鋼材質(zhì)、20G鋼材質(zhì)及氟塑料材質(zhì)和搪瓷熱管材質(zhì)，并在除塵器入口位置進(jìn)行低溫省煤器安裝，一邊提升粉塵趨近速度，并將除塵前煙氣溫度控制在110 ℃以下。如果余熱回收后煙氣溫度為85 ℃，則可以選擇兩段式低壓省煤器或一段式低壓省煤器，前者可以在除塵器前、脫硫塔前分別安裝不銹鋼材質(zhì)、氟塑料或搪瓷熱管材質(zhì)的換熱器?；蛘呖梢灾苯釉诿摿蛩斑M(jìn)行搪瓷熱管材質(zhì)、氟塑料材質(zhì)換熱器的安裝。

3.1.2 潔凈型煤專用鍋爐改造

在鍋爐余熱利用的基礎(chǔ)上，依據(jù)《鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，可以對無法使用潔凈燃料并穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的燃煤鍋爐改造為潔凈型煤專用鍋爐并增設(shè)脫硫除塵設(shè)施。具體技術(shù)要求為避免鍋爐改造重新燃用散煤，控制鍋爐排片間縫隙在10 mm以上。針對鏈條鍋爐，進(jìn)行給煤器安裝。利用耐酸材料，設(shè)置含攪拌設(shè)備、消化池、循環(huán)泵以及循環(huán)池的強(qiáng)制性堿性溶液循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)，結(jié)合燃料要求，進(jìn)行爐拱改造，使?fàn)t拱結(jié)構(gòu)與型煤煤種相符合。設(shè)置專門的防控煤斗內(nèi)著火、暫時(shí)停爐后煤斗內(nèi)向外冒煙及爐拱上方積灰的清除裝置，保證循環(huán)水利用率在85%以上，脫硫效率在75%以上，液氣比在1 L/m3以下，折算阻力在1 200 Pa以下，煙氣含濕量在8%以下，漏風(fēng)率在5%以下。

3.2 完善鍋爐管理機(jī)制

3.2.1 完善型煤管理制度

在鍋爐運(yùn)行過程中，為了避免煤斗內(nèi)型煤不完全燃燒導(dǎo)致尾氣污染物濃度增加，應(yīng)控制型煤著火點(diǎn)、煤閘門間距離在300.0 mm左右。如果遇緊急事故需暫時(shí)停爐，則應(yīng)將型煤火床推動至恰當(dāng)位置，控制型煤火床、煤閘門間距離在600.0 mm左右，在5 min～10 min停止引風(fēng)。如果停爐封火時(shí)間較長，可以打開鍋爐爐排下方清灰門，每間隔60 min啟動爐排，保證型煤著火面、煤閘板距離一定。同時(shí)根據(jù)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷，調(diào)節(jié)型煤層厚度在180.0 mm以上。

3.2.2 完善煤質(zhì)管理機(jī)制

鍋爐燃用煤炭硫分應(yīng)在0.8%以下，灰分在18.0%以下，已經(jīng)使用清潔燃料的鍋爐應(yīng)避免擅自改變?nèi)剂戏N類。鍋爐所使用煤炭均需要以煤質(zhì)為依據(jù)，進(jìn)行分類存放。各操作班組在燃料使用前應(yīng)對燃煤煤質(zhì)進(jìn)行取樣測試。同時(shí)在鍋爐房內(nèi)部配置靈敏性更高的煤計(jì)量表，實(shí)時(shí)、精確地掌握耗煤量，為耗煤量的嚴(yán)格控制提供依據(jù)。在耗煤量控制的基礎(chǔ)上，對鍋爐內(nèi)煙氣的排煙溫度、氮氧化物顏良、過量空氣系數(shù)進(jìn)行逐一檢測，據(jù)此，調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù)，保證鍋爐運(yùn)行效果達(dá)到最佳。

3.2.3 完善鍋爐環(huán)境保護(hù)管理制度

鍋爐房必須構(gòu)建完善、嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)管理制度，指定專門人員負(fù)責(zé)除塵、防噪聲作業(yè)，定期維護(hù)保養(yǎng)防塵、防噪聲設(shè)施，保證鍋爐尾氣達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)細(xì)化鍋爐房管理者責(zé)任制度，要求管理者具備最新的環(huán)保知識、熟悉國家環(huán)保法規(guī)中的有關(guān)規(guī)定，并對司爐人員、水質(zhì)化驗(yàn)人員進(jìn)行培訓(xùn)教育。水質(zhì)化驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)鍋爐房各項(xiàng)規(guī)章制度，對鍋爐容器流通的水質(zhì)進(jìn)行檢查，避免水質(zhì)不合格導(dǎo)致鍋爐尾氣污染加劇。而司爐工作者應(yīng)勤奮灑水、清掃，保證工業(yè)燃料鍋爐組內(nèi)部環(huán)境、外部環(huán)境潔凈?？紤]到爐排間距增加會導(dǎo)致型煤攜帶粉末下漏，因此，應(yīng)每間隔2 h進(jìn)行一次爐排下部及后拱上部漏煤、積灰清理。對于后拱來說，可以經(jīng)預(yù)留落灰孔直接將灰推入灰坑內(nèi)。

3.2.4 完善煤堆、渣堆管理制度

針對煤堆、渣堆，可以采取遮蓋、噴灑覆蓋劑等方式，避免二次揚(yáng)塵混入燃煤內(nèi)，造成燃煤不完全燃燒污染。對于10 t以上鍋爐濕法除塵設(shè)施，應(yīng)定期投入石灰液或者其他堿性溶液，進(jìn)行脫硫處理。同時(shí)在鍋爐運(yùn)行期間，應(yīng)隨時(shí)注意控制箱工作儀表參數(shù)變化，持續(xù)、全程監(jiān)視壓力表及水位表，并觀察爐膛燃燒情況，以便在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)采取處理措施，保證鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行。例如根據(jù)水位表觀察結(jié)果，定期為濕法除塵設(shè)施補(bǔ)充水分，避免因除塵設(shè)施水分不足而導(dǎo)致鍋爐尾氣煙塵超出標(biāo)準(zhǔn)排放[2]。

3.2.5 完善巡回檢查制度

在鍋爐主管企業(yè)應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定，每間隔5 h進(jìn)行一次鍋爐運(yùn)行設(shè)備巡回檢查，并將巡回檢查結(jié)果準(zhǔn)確填寫在對應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行記錄中。同時(shí)定期進(jìn)入環(huán)境保護(hù)部門接受年度檢查、審查，根據(jù)環(huán)保部門建議進(jìn)行鍋爐房環(huán)境保護(hù)設(shè)施的更新、替換、拆除以及改造，避免擅自將鍋爐房環(huán)境保護(hù)設(shè)施停用、拆除、更新。

3.3 優(yōu)化尾氣處理系統(tǒng)

某工業(yè)燃煤機(jī)組炭黑尾氣鍋爐生產(chǎn)能力為65 t/h，在2012年投運(yùn)，利用炭黑尾氣發(fā)電、供熱。根據(jù)最新環(huán)保政策要求，該企業(yè)委托有測定資質(zhì)的單位進(jìn)行鍋爐原始排放測定。鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，依據(jù)測定法、國標(biāo)采樣法，利用嶗應(yīng)3012H-D煙塵采樣儀、英國KANE950煙氣分析儀進(jìn)行連續(xù)6次采樣分析后計(jì)算平均值，最終得出煙塵濃度在28.7 mg/Nm3，氮氧化物濃度為1 538 mg/Nm3，二氧化硫濃度為795 mg/Nm3。而當(dāng)前超低排放的國家標(biāo)準(zhǔn)要求在基準(zhǔn)氧為6.0%的情況下煙塵濃度在5 mg/Nm3以下，二氧化硫在35 mg/Nm3以下，氮氧化物在50 mg/Nm3以下。對照標(biāo)準(zhǔn)，可以分別進(jìn)行鍋爐裝置改造。

3.3.1 優(yōu)化袋濾器系統(tǒng)

煙塵主要源于炭黑生產(chǎn)階段袋濾器的泄露，經(jīng)尾氣鍋爐二次燃燒后無新增塵排放，由于測定數(shù)據(jù)處于一個(gè)較低的水平，無法使用常規(guī)布袋除塵器（或普通電除塵器）進(jìn)行處理，因此，可以選擇濕式電除塵器。在脫硫塔出口，放置一個(gè)濕式電除塵器，將尾氣中微小石膏滴液去除，保證煙塵排放在最低排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

3.3.2 優(yōu)化噴淋裝置

現(xiàn)階段在工業(yè)燃煤機(jī)組炭黑尾氣鍋爐尾氣中的二氧化硫處理過程中，常用的方法為石灰石－石膏法、氨法以及雙堿法等方法，其中石灰石－石膏法應(yīng)用較為普遍，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性突出，脫硫劑可以就地取材，副產(chǎn)品石膏可以作為建筑材料二次利用，無多余費(fèi)用。根據(jù)實(shí)際測定結(jié)果，二氧化硫含量較低，處理難度較小。在工程設(shè)計(jì)方面，可以選擇電器控制系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)以及噴淋系統(tǒng)，貫徹節(jié)約投資原則，在不考慮煙氣氣流不均的情況下，可以布設(shè)1層噴淋裝置。反之則需要布設(shè)2層工作噴淋裝置，并額外增設(shè)備用噴淋裝置，并在噴淋裝置上層進(jìn)行波形分離器裝設(shè)，以便及時(shí)捕捉尾氣中攜帶的石膏滴液，在故障時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行，將鍋爐尾氣中二氧化硫含量控制在最低排放限度以下。

3.3.3 制定分級處理方案

考慮到該工業(yè)燃煤機(jī)組炭黑尾氣鍋爐原始煙氣中氮氧化物處于一個(gè)較高的水平，脫硝效率需要達(dá)到96.7%以上，處理難度較大，可以制定分級處理方案。首先，更換工業(yè)燃煤機(jī)組炭黑尾氣鍋爐中的低氮燃燒器，定制安裝具備多層配風(fēng)功能的低氮燃燒器，合理分配空氣比例、燃料比例，保證燃燒中心溫度一定。其次，考慮到低氮燃燒器內(nèi)存在部分無法完全燃燒的氣體，可以在燃?xì)庵行纳喜吭鲈O(shè)燃盡風(fēng)噴嘴，保證氣體最大程度燃燒，并將鍋爐爐膛的溫度場分散處理，降低污染物含量。再次，應(yīng)用源于燃煤鍋爐的煙氣再循環(huán)技術(shù)，在引風(fēng)機(jī)出口正壓區(qū)開口位置安裝電動閥門，調(diào)整管徑，使高溫?zé)煔膺M(jìn)入風(fēng)機(jī)入口、鍋爐，降低氮氧化物生成概率。最后，采用SNCR+SCR脫硝法，在燃盡風(fēng)噴嘴上部鍋爐爐膛左右兩側(cè)溫度恰當(dāng)位置開孔安裝高效扇形霧化噴槍，在變頻泵的支持下，配合稀釋風(fēng)、稀釋除鹽水均勻噴入濃度為20%的氨水。初步脫硝后，利用鍋爐外SCR脫硝法，延長煙道長度，并且分2層進(jìn)行大孔徑、無毒催化劑（備用層）安裝，將尾氣中氮氧化物排放至控制在最低限度內(nèi)。

4 鍋爐尾氣污染防治效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

以燃煤機(jī)組發(fā)電量一定作為前提條件，應(yīng)用煙氣換熱裝置、吸收式熱泵裝置，對燃煤機(jī)組鍋爐內(nèi)部尾氣余熱進(jìn)行最大化利用，不僅可以降低煤炭資源耗費(fèi)量，而且可以減少鍋爐尾氣中二氧化硫、顆粒物的含量。假設(shè)采暖期燃煤機(jī)組煙氣換熱器余熱利用量為22.50 MW，非采暖期可以關(guān)閉熱網(wǎng)連接閥門，僅使用煙氣換熱器低加并聯(lián)系統(tǒng)（余熱利用量為23.63 MW），采暖季可以節(jié)約1.52萬t的標(biāo)煤，非采暖季可以節(jié)約1.89萬t的標(biāo)煤。再加上吸收式熱泵裝置的應(yīng)用，可以使鍋爐尾氣余熱利用年總量為63.25 MW，采暖期及非采暖期分別為37.25 MW、23.69 MW，全年共節(jié)約32 658.32 t標(biāo)煤量。按標(biāo)煤價(jià)格為770 元/t為例，可以節(jié)約25 146 906.4元。

4.2 生態(tài)效益

改造前后單臺鍋爐尾氣處理濃度對比見表1。

由表1可知，改造后，單臺鍋爐尾氣處理濃度出現(xiàn)明顯下降，與大氣污染物最低排放標(biāo)準(zhǔn)要求相符合，具有較為突出的生態(tài)效益。

5 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前，我國在鍋爐尾氣污染方面出臺了一些政策，但是鍋爐尾氣污染形勢仍然較為嚴(yán)峻，主要是由于鍋爐燃燒生產(chǎn)系統(tǒng)不夠先進(jìn)、鍋爐管理機(jī)制不夠完善、尾氣處理系統(tǒng)不夠科學(xué)。因此，在鍋爐尾氣污染監(jiān)測的基礎(chǔ)上，應(yīng)加大現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用力度，同步改進(jìn)鍋爐燃燒生產(chǎn)系統(tǒng)、尾氣處理裝置，加強(qiáng)鍋爐操作管理，提升鍋爐使用水平，達(dá)到良好的鍋爐尾氣污染預(yù)防、控制效果，為鍋爐工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

表1 改造前后單臺鍋爐尾氣處理濃度對比