穆衛(wèi)亮，李光，嚴(yán)飛

(無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 無錫 214123)

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鍋爐污染物監(jiān)測中運行負(fù)荷的現(xiàn)場判斷

穆衛(wèi)亮，李光，嚴(yán)飛

(無錫市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 無錫 214123)

簡述了鍋爐的風(fēng)量和煙氣量、鍋爐燃料的消耗量以及鍋爐運行負(fù)荷的估算方法。通過實例分析，用現(xiàn)場監(jiān)測的實際風(fēng)量與理論值比較，粗略估算出監(jiān)測時段鍋爐運行負(fù)荷，比對鍋爐污染物監(jiān)測時段的鍋爐運行負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，從而判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性。

鍋爐；風(fēng)量；煙氣量；運行負(fù)荷

目前，我國能源結(jié)構(gòu)中煤炭占到70%，大氣污染中粉塵污染已經(jīng)日益突出，鍋窯爐產(chǎn)生的粉塵對城市灰霾貢獻(xiàn)很大。因此，環(huán)境監(jiān)測不僅要監(jiān)測大氣中的降塵、PM10及PM2.5， 也要監(jiān)測塵源。

原國家環(huán)?？偩帧蛾P(guān)于建設(shè)項目環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗收監(jiān)測管理有關(guān)問題的通知》(環(huán)發(fā)(2000)38號文)規(guī)定：建設(shè)項目竣工驗收監(jiān)測工況條件必須滿足試生產(chǎn)階段工況穩(wěn)定，生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到75%以上；《鍋爐煙塵測試方法》(GB 5468-91)規(guī)定：在對鍋爐煙塵排放濃度的測試，必須在鍋爐設(shè)計出力70%以上的情況下進(jìn)行。因此，要保證監(jiān)測過程在國家規(guī)定的要求下進(jìn)行，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)權(quán)威、準(zhǔn)確、有效，就需要在監(jiān)測過程中監(jiān)控鍋爐運行負(fù)荷。鍋爐運行負(fù)荷可以通過計量監(jiān)測時段消耗的水量和煤量，計量水量一般利用蒸汽表、水表或水位差值法，但以上方法均受制于被監(jiān)測單位且時效性差。通過現(xiàn)場監(jiān)測的煙氣量獨立、即時、直觀地判斷監(jiān)測時段鍋爐的運行負(fù)荷，簡便易行并可以防止監(jiān)測單位弄虛作假。

1 鍋爐的風(fēng)量和煙氣量

燃料燃燒需要氧氣，即要有與耗煤量相匹配的空氣量。所需要的理論空氣量可根據(jù)燃燒化學(xué)反應(yīng)和燃料的元素工業(yè)分析數(shù)據(jù)按式1計算。

V0=8.89(Cy+0.375Sy)+0.265H-3.33Oy

(1)

式中：Cy、Sy、Hy和Oy——燃料中C、S、H、O元素的百分比含量。但一般企業(yè)不做煤樣全分析，加之所用的煤為混合用煤，實際難以按上述公式計算，一般采用經(jīng)驗公式計算。

1.1 理論空氣量

不同種類的煤燃燒所需理論空氣量[1]計算公式見式2—4。

(2)

(3)

(4)

式中： V0——理論空氣量，m3/kg；

Q——燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg。

1.2 理論煙氣量

不同種類的煤燃燒所產(chǎn)生的理論煙氣量[1]計算公式見式5—6。

(5)

(6)

式中：V0——理論空氣量,m3/kg；Vy——理論煙氣量,m3/kg；Q——燃料的低位發(fā)熱量,kJ/kg；α——空氣過剩系數(shù)。

空氣過剩系數(shù)是指實際空氣量與理論空氣量之間的比值?？諝膺^剩系數(shù)過大容易造成能量的損耗，過小造成燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙，兩者都會浪費燃料。一般鍋爐爐膛出口煙氣的空氣過剩系數(shù)在1.1～1.2之間，考慮到除塵脫硫裝置以及管線漏風(fēng)情況，國家對不同噸位、不同類型的鍋爐制定了不同的空氣過剩系數(shù)折算值，見表1。

表1 各種鍋爐過?？諝庀禂?shù)折算值[2-3]

①文獻(xiàn)[1]中對大氣污染物排放濃度的過量空氣折算方法的表述形式有所不同，但實質(zhì)是一樣的。

2 鍋爐燃料的消耗量

2.1 蒸汽熱焓

蒸汽熱焓由兩部分組成：一是從0 ℃加熱到飽和溫度所需的液體熱(顯熱)；另一部分是從飽和水完全汽化成飽和或過飽和蒸汽所需的汽化熱(潛熱)。2者均與壓力有關(guān)，前者成正相關(guān)，后者成負(fù)相關(guān)。一般認(rèn)為工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的是飽和蒸汽，而電站鍋爐產(chǎn)生的是過飽和蒸汽。根據(jù)現(xiàn)有在用鍋爐的噸位、壓力以及蒸汽溫度，工業(yè)鍋爐熱焓值在2 750 kJ/kg(658 kcal/kg)左右，電站鍋爐熱焓值在3 500 kJ/kg(837 kcal/kg)左右(可從蒸汽的熱焓值表中查到)。不同類型鍋爐的熱效率見表2。

表2 各種爐型的熱效率 %

2.2 鍋爐的耗煤量

鍋爐耗煤量計算方法見式7。

(7)

式中：G——煤量，t/h；W——蒸汽的熱焓值，kJ/kg；T——鍋爐的額定蒸發(fā)量，t/h；Q——燃料低位發(fā)熱量，kJ/kg；η1、η2——鍋爐的運行負(fù)荷和熱效率。

3 鍋爐運行負(fù)荷的估算

表3 不同類型鍋爐單位蒸噸耗煤量及單位耗煤煙氣量

4 實例應(yīng)用

一臺UG-220/9.8M7電站鍋爐滿負(fù)荷運行耗煤29 040 kg/h，α=1.4時煙氣量為237 257 m3/h，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果α=1.4時煙氣量為210 000 m3/h，測試時段鍋爐運行負(fù)荷為88.5%。理論計算與實測結(jié)果的對比結(jié)果見表4。

表4 鍋爐的運行負(fù)荷理論計算與實測結(jié)果

由表4可見，全部樣品相對誤差<±10%，這些誤差主要來自鍋爐系統(tǒng)(鍋爐熱效率、蒸汽品質(zhì)、燃料低位發(fā)熱量取值)和監(jiān)測過程(監(jiān)測點位的選取、儀器靈敏度等)2部分。

5 結(jié)果與討論

5.1 蒸汽熱焓值的確定

工業(yè)鍋爐飽和蒸汽熱焓值在2 750 kJ/kg(658 kcal/kg)左右，電站鍋爐過飽和蒸汽熱焓值在3 500 kJ/kg(837 kcal/kg)左右，扣除給水增加的熱焓值，基本在2 508 kJ/kg (600 kcal/kg)左右。工業(yè)鍋爐的給水溫度≤100 ℃(實際在50～70 ℃)，電站鍋爐的給水溫度平均在230 ℃左右[4]，熱水的焓值(單位：kcal/kg)與其相應(yīng)的溫度值近似，其差值在2 508 kJ/kg(600 kcal/kg)左右。

5.2 鍋爐噸位適用范圍

適用噸位在670 t/h以下的鍋爐，超過此噸位鍋爐就屬臨界壓力鍋爐。臨界壓力鍋爐的熱焓隨著壓力的增加快速下降，誤差相應(yīng)增大。在其他條件不變的情況下，鍋爐的耗煤量取決于熱效率。小噸位工業(yè)鍋爐如果是煤粉爐，其熱效率也可達(dá)90%以上，耗煤量也可以取電站鍋爐的數(shù)值。

該法不僅適用于燃煤鍋爐，對于燃油、燃?xì)忮仩t同樣適用。理論空氣量和理論煙氣量用燃油、燃?xì)饨?jīng)驗公式計算，單位蒸噸的耗油量或耗氣量根據(jù)油或氣的低位發(fā)熱量和鍋爐熱效率決定。

[1] 方品賢,江欣,奚元福.環(huán)境統(tǒng)計手冊 [M].四川:科學(xué)技術(shù)出版社,1985:53-55.

[2] 環(huán)境保護(hù)總局.GB 13271-2001 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.

[3] 環(huán)境保護(hù)部.GB 13223-2011 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4] 胡蔭平.電站鍋爐手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.

Judgment of the Operating Load for the Pollutant Monitoring of the Boiler

MU Wei-liang,Li Guang,YAN Fei

(WuxiEnvironmentalMonitoringCentralStation,Wuxi,Jiangsu214123,China)

In this paper,we briefly proposed the estimate methods in aspects of the air volume,flue gas quantity,fuel consumption,and the operating load of the boiler. Compared the real air volume with the theoretical one,the operating load of the boiler during monitoring was roughly estimated. In contrast with the standard on operating load of the boiler during monitoring period,we could judge the accuracy and effectiveness of the monitoring data.

Boiler; Air volume; Flue gas quantity; Operating load

2014-07-29；

2015-03-12

穆衛(wèi)亮(1962—)，男，工程師，本科，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

TK223.7;X513

B

1674-6732(2015)03-0022-03