曲偉業(yè)

黑龍江省牡丹江市環(huán)境監(jiān)測中心站，牡丹江157000

小型鍋爐的煙塵治理對策研究

曲偉業(yè)

黑龍江省牡丹江市環(huán)境監(jiān)測中心站，牡丹江157000

小型鍋爐多數(shù)具有燃燒方式落后，操作不穩(wěn)定，煤種多變，無燃燒控制裝置，無脫硫設施，燃燒效率低，部分燃料未經(jīng)燃燒排入環(huán)境中，使污染物排放強度高；過?？諝庀禂?shù)過大，熱損失大，結垢嚴重，低負荷運行概率大，熱效率低；煙囪低矮，對大氣污染貢獻率高；生產(chǎn)、取暖混用，季節(jié)性、間歇性強，用熱不均衡；管理水平低下的特點。淘汰層燃方式小鍋爐，采取集中供熱、供蒸汽方式或使用電鍋爐、燃氣鍋爐是徹底解決小鍋爐污染問題的發(fā)展方向，經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)短時間內很難全部實現(xiàn)。如何在過渡期選擇較好的對策，從節(jié)能和減排兩個方面入手，選擇燃燒效率和熱效率相對高的小型鍋爐，適當配備除塵裝置減少污染物排放是實際工作中必須面對的現(xiàn)實問題。

小型鍋爐；煙塵；治理對策

一、小型鍋爐（以2T/h或1.4MW以下手燒爐為例）的特點

1、以燃散煤為主，約占鍋爐總容量的70%左右；煤炭的品質低劣，煤種多變，灰分含量高?；曳滞ǔ８哂?2%，一般在30%～40%之間，有時能達到40%以上；硫分一般在0.3%～0.5%，少數(shù)超過1%。

2、鍋爐燃燒方式落后，無燃燒控制裝置，無脫硫設施，燃燒效率低，部分燃料未經(jīng)燃燒排入環(huán)境中，使污染物排放強度高。煙塵排放濃度一般為2000mg/m3以上，林格曼黑度5級。

3、鍋爐熱效率低，一般為50～55%。熱效率低增加了燃料的消耗量，浪費資源、能源，增加污染物排放量。

4、鍋爐煙囪低矮，一般低于30米，煙氣多為低空排放，對城市大氣污染貢獻率高，通常為45%～65%。

5、鍋爐布局相當分散，點源多，分布面廣，生產(chǎn)、取暖混用，季節(jié)性、間歇性強，用熱不均衡。

6、司爐工素質低下，人為因素變動大，管理水平低下。

7、鍋爐造價低，資金少，治理、改造投資與鍋爐本體造價很難匹配。

由于手燒鍋爐具有著火條件優(yōu)越、燃料適應廣泛；結構簡單、起停爐簡便、短時間能使熱負荷有較大幅度的變化；造價低、維修工作量小的優(yōu)勢，是手燒爐至今沒有徹底淘汰的重要原因。

二、小型鍋爐污染物排放強度高的主要原因

（一）燃燒效率低

1、加煤時由于新煤水分的蒸發(fā)及自身的吸熱，使爐膛溫度下降，此時煤層最厚阻力較大，吸入爐膛的空氣量減少。這時煤中分解出來的可燃氣體和焦炭的燃燒卻需要較多的空氣量，因而缺氧，揮發(fā)分在高溫缺氧的條件下進行熱分解，生成大量炭黑，出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象。

2、撥火時由于煤炭揮發(fā)分瞬間大量增加，供氧不充分而使未燃燒的煤粉及焦油等物質隨氣體逃逸，產(chǎn)生黑色的煙塵。

3、小型鍋爐用煤未經(jīng)任何處理，煤炭顆粒大小不均，直徑0.3mm左右的顆粒被氣流帶走，使煙塵排放濃度增加。煤屑增大通風阻力，需要加大撥火操作頻次，易造成漏煤損失。

4、煤種多變，運行監(jiān)測設施不全，運行管理人員無法掌握煤質情況，摸不清運行規(guī)律，不能采取有針對性的應對措施，降低了燃料燃燒效率，增加了污染物排放。

（二）熱效率低

1、配氣量不協(xié)調。加煤時缺氧，隨著焦炭和揮發(fā)分的不斷燃燒，煤層逐漸減薄，所需空氣量減少，此時通風阻力相應減少，進入爐膛的空氣量增多，出現(xiàn)空氣過剩，降低爐膛溫度，增加排煙溫度，增加熱損失，降低鍋爐熱效率。

2、負荷小。小型鍋爐大多數(shù)情況處于遠低于額定負荷狀態(tài)，如果鍋爐在50%負荷下運行，散熱損失增加一倍。這樣就使鍋爐漏風量增大，火床和爐膛溫度相對偏低，燃燒速度明顯減慢，煤中的固定碳更加不易燃燒，致使爐渣含碳量增加，增大了燃燒熱損失和排煙熱損失，使熱效率下降。

3、熱損失。由于灰坑和爐墻的漏風現(xiàn)象，造成過剩空氣系數(shù)偏大，增加排煙熱損失。

4、結垢。有很大一部分小型鍋爐的鍋爐用水沒有處理，使鍋爐結垢嚴重，增加熱阻降低熱效率。資料介紹：受熱面結垢1毫米，熱效率將下降8%。

5、管理水平低。生產(chǎn)、取暖混用，夏季低負荷運行，冬季超負荷運行，起停爐頻繁也是燃燒效率低，污染物排放濃度高，熱效率低的重要原因。

三、常見煙塵治理對策分析

煙塵治理對策分為燃燒前控制技術、燃燒中控制技術和燃燒后控制技術。

燃燒前控制技術是治理煙塵污染的先決一步，包括物理的、化學的、生物的方法，以及多種技術聯(lián)合使用的綜合工藝。燃燒中控制技術主要指清潔燃燒技術，指在減少燃燒過程中污染物的排放，提高燃煤利用效率的所有技術的總稱。燃燒后控制技術是指在鍋爐尾部采用物理、化學措施將煤炭揮發(fā)物截留或轉化，達到減少污染物排放的目的。燃燒前控制技術和燃燒中控制技術是治理煙塵污染的最根本的途徑，通過提高燃料燃燒率和鍋爐熱效率減少污染物排放量和燃料消耗量，達到節(jié)能減排的目的。目前煙塵治理的主要對策有：

（一）使用型煤。型煤是以高效潔凈利用為宗旨的潔凈煤技術之一，與散煤相比具有粒度均勻，性質均化，孔隙率大，反應活性高，改質優(yōu)化的特點。國內供熱鍋爐燃用型煤的多年實踐表明，同散煤相比，由于降低了固體不完全燃燒損失率（約15%），灰渣含碳量降至8%～9%；通風量均衡穩(wěn)定，過?？諝庀禂?shù)小，降低了排煙溫度，減少熱損失；含末率低，降低了煙氣中的含塵量。使鍋爐熱效率提高5%～8%，節(jié)煤7%～13%；煙塵排放量可減少60%～95%，強制通風的型煤鍋爐只需加裝簡單的干式除塵器，即可達標排放；型煤中加入固硫劑可使SO2減排50%～55%。

由于型煤低溫時著火延遲時間比散煤長，不適用起停爐頻繁的間歇性生產(chǎn)鍋爐。

（二）使用洗選煤。原煤洗選采用篩分、物理選煤、化學選煤和細菌脫硫方法，可以除去或減少灰分、矸石、硫等雜質。洗選煤煤炭顆粒均勻，煤質穩(wěn)定，可以使燃燒率有一定的提高，降低煙塵排放濃度。由于燃燒方式的落后，節(jié)煤和降低煙塵黑度效果不明顯，且市場供應和價格問題，小鍋爐燃用洗選煤的很少。

（三）水煤漿燃燒技術。水煤漿是燃料煤經(jīng)過篩選、篩分及研磨粉碎后加水和少量的懸浮劑，制成煤水兩相流漿體。由于燃料的粒度級配有嚴格的要求，加上少量添加懸浮劑的作用，使水煤漿不同于一般的煤水混合物，而具有一定的穩(wěn)定性和流動性，可以像石油一樣泵送，管道輸送，船舶載運，車送，霧化燃燒。而且經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都很好。

水煤漿鍋爐燃燒穩(wěn)定，熱效率可達83%～84%，燃盡率98%，經(jīng)除塵后煙塵濃度50mg/m3以下，加脫硫劑后SO2濃度300mg/m3以下。由于水煤漿含有30%左右的水分，燃燒火焰溫度低150～200℃，水蒸汽具有使NO還原為N2的作用，所以NOx的排放濃度低，是一種低污染的清潔燃料。

由于水煤漿鍋爐沒有商品水煤漿時，需要配備制備、儲存系統(tǒng)，輕柴油儲存、輸送系統(tǒng)，電除塵或布袋除塵系統(tǒng)，以及復雜的操作系統(tǒng)，短期內很難在小型鍋爐推廣、應用。

此外還有循環(huán)流化床燃燒技術，煤粉燃燒技術都不適合在小型鍋爐應用。

（四）禁止原煤直接燃燒。為了確保鍋爐熱效率高，減少SO2和煙塵排放，也必須從鍋爐源頭上對燃料做出嚴格的限制，即禁止小型鍋爐燃燒高灰高硫的原煤。

1、使用氣體燃料。氣體燃料主要有天然氣、石油液化氣、煤氣，與固體和液體燃料相比，氣體燃料可以在很低的過量空氣系數(shù)（1.05～1.3）下完全燃燒，CO2排放量可減少26%；SO2減少為零；NOx減少為33%；煙塵排放可以降低到零。

2、使用電鍋爐。電鍋爐熱效率高，無污染物排放，安裝使用簡便，可以徹底解決小型鍋爐的煙塵污染問題。

目前，電鍋爐、燃氣鍋爐的技術條件已經(jīng)比較成熟了，能夠滿足取暖需求和工業(yè)生產(chǎn)上的要求，但在解決價格方面一直沒有取得突破性的進展，相對于燃煤鍋爐而言，價格還是比較高的，大約是3～5倍。

3、淘汰小型燃煤鍋爐，集中供熱、供蒸汽。鍋爐的熱效率和污染物的排放量，不僅和煤炭的品質及燃燒方式有關，而且同鍋爐的容量有關。通常在其它條件相同時，鍋爐容量越大，鍋爐熱效率越高，污染物排放量相對越小。這是由于鍋爐容量大，熱負荷高，爐膛空間相對較大，煙氣停留時間長，煤炭燃盡系數(shù)高，熱效率高，煙塵排放量相對少。熱效率高，節(jié)省了煤炭，也就是減少了煙塵和SO2的排放量。容量愈小的鍋爐，燃燒方式也愈落后，燃燒不穩(wěn)定，燃燒效率低，污染物排放量也愈多。為此，淘汰小容量的鍋爐，是提高熱效率、節(jié)約煤炭、減少煙塵及SO2排放量的最簡便、最經(jīng)濟的方法。

綜上所述，使用電鍋爐，燃氣鍋爐，集中供熱、供蒸汽是節(jié)約能源，減少污染物排放比較理想的對策。但是，在經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)完全實現(xiàn)必須有一個過渡期，如何在過渡期選擇較好的對策，盡可能提高小型鍋爐的燃燒效率和熱效率減少污染物排放是很重要的。

四、過渡期小型鍋爐煙塵治理對策

過渡期小型鍋爐煙塵治理的基本思路應以燃燒前控制技術，燃燒中控制技術為主配合適當?shù)娜紵罂刂萍夹g，能夠取得一定的節(jié)能效果，達到減少污染物排放的目的。實際操作應根據(jù)小型鍋爐的一般特點和生產(chǎn)使用的特殊性選擇適應性強的爐型，常見的爐型有：

1、鏈條爐排鍋爐：因其爐排類似于鏈條式履帶而得名。通過在爐前均勻加煤，煤的燃燒過程是在移動中完成的。沿爐排長度方向燃料層有明顯的分區(qū)，將煤炭充分燃燒，達到減少污染物排放的目的。

主要優(yōu)點：技術成熟、穩(wěn)定可靠、價格適中、連續(xù)運行效果較好、有一定的節(jié)煤作用（與手燒爐對比下同），配高效干式除塵器，污染物排放可達標排放。

主要缺點：著火條件差，起、停爐冒黑煙，動力消耗大，運行費用較高，對煤種要求高，對間歇性、用熱不均衡的企業(yè)不是最佳選擇；1T/h或0.7MW以下鍋爐經(jīng)濟上不合理。

2、雙層爐排鍋爐：雙層爐排俗稱倒反煙鍋爐，是通過強制手段將煙氣通過上層爐排的燃燒層在上下兩層爐排之間排出。煤炭揮發(fā)物通過上層爐排的燃燒層燃燒后，再經(jīng)過下層爐排燃燒后排出，達到減少污染物排放的目的。

主要優(yōu)點：技術比較成熟，燃燒效率高，可節(jié)煤20%左右，熱損失小、熱效率較高，價格稍低、運行費用低，適用燃料種類廣泛、操作簡便、對間歇性、用熱不均衡的企業(yè)適應性較強。配適當?shù)某龎m器可達標排放。

主要缺點：著火條件和煤種適應范圍不如手燒爐，司爐工需要簡單培訓。

3、煤制氣鍋爐：水蒸汽通過煤炭燃燒層發(fā)生化學反應，產(chǎn)生一氧化碳和氫氣即煤氣，達到減少污染物排放的目的。

主要優(yōu)點：燃燒效果好、運行費用低、節(jié)煤效果明顯。

主要缺點：價格高，點爐和循環(huán)轉換過程冒黑煙（完全達標排放需要配備適當?shù)某龎m器），對煤種要求高、操作復雜、鍋爐房必須具備一定的高度。

五、結論

綜上所述，治理小型鍋爐煙塵污染應以提高燃燒效率、鍋爐熱效率為目標，配備適當?shù)某龎m器作為輔助手段。使用電鍋爐和燃氣鍋爐，淘汰燃煤小型鍋爐集中供熱、供蒸汽是小型鍋爐煙塵治理的最徹底的方法。

綜合考慮一次投資、處理效果、運行費用、操作的復雜程度、節(jié)煤效果、燃料的適應性、對企業(yè)生產(chǎn)特點的適應性等因素，經(jīng)過反復對比、觀察，雙層爐排鍋爐對間歇性、用熱不均衡、燃料種類較多的企業(yè)比較適合；具有一定的生產(chǎn)連續(xù)性、用熱相對均衡、燃料種類比較單一的企業(yè)以及取暖鍋爐可使用煤制氣鍋爐或型煤鍋爐。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.011

曲偉業(yè)（1955年），男，黑龍江省牡丹江市人，工程師，主要從事環(huán)境管理、污染防治實際應用對策研究。