工業鍋爐設計中的環保問題

燕曉艷

山東省特種設備檢驗研究院東營分院，山東東營 257000

工業原材料在冶煉、加工或成品的制造過程中，為實現預期的物理變化所需要的加熱裝置，統稱為工業爐。作為一種重要的熱工設備，工業爐幾乎存在于各個行業。如果設計中輕視燃燒污染的話，環境質量將加速惡化。因此，在設計過程中必須使污染物排放符合國家標準，并力求進一步降低污染物的排放濃度。

1 降低燃耗

降低燃耗的方法是提高燃料利用率，以達到節能和環保的目地。

1）在設計過程中，爐膛容積應保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿，有利于向料坯的傳熱。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負荷的不同而有所差異。不同的燃料產生的單位熱量所具有的廢氣體積是不同的，因而所需的燃燒空間大小是不一樣的。一般發熱值越高，廢氣體積相應越小（實際消耗燃料及空氣少）。在爐膛內的熱量相同的條件下所流過的廢氣量是不相同的。所以，在決定爐膛尺寸時必須考慮這個特點。同時，在確定燃燒空間大小時，還要考慮到在什么空間內要求燃料燃燒完全的問題。在設計的過程中計算所得的爐高數值是設計爐膛高度的依據之一。但在最后確定高度時，必須綜合地考慮到爐膛高度應保證在燃燒裝置安放得下、爐內氣體流動和傳熱狀況維持正常的前提下，盡量不使爐膛過高。同時要注意使整個爐膛內充滿爐氣并能滿足組織火焰的要求；

2）爐底結構應能使物料下表面由爐內冷卻水管滑道造成的“黑印”盡量減輕、消除。工業的爐的爐底承受加熱件的重量、裝出料時的碰撞和摩擦、氧化鐵皮的侵蝕以及旋轉過程溫度的反復變化，因此，要求爐底上層的耐火材料具有抗高溫，耐急冷急熱、耐磨、不與氧化鐵皮起化學反應等性能。需將設計所得的參數，包括整個爐底的重量、推鋼機的推程、步距、上下行程等作為設計爐底機械的原始數據。

2 高煙囪排放

煙囪是最常用的一種排煙裝置，爐內煙氣通過煙道、依靠煙囪排入大氣。排煙方式分為自然排煙與機械排煙兩類。煙囪必須有獨立的基礎，不能與煙道基礎相連，以免煙囪下沉時煙基礎斷裂。煙囪底部應設計人孔，以備燒烤煙囪、扒灰和修理內襯之用。在煙囪設計的過程中根據煙囪的計算所得的高度下的排放濃度與允許排放濃度作比較，確定采用的煙囪高度，并按煙囪系列尺寸選用煙囪直徑和高度。通過設計雖然不降低排放物的絕對數量，但可降低有害物質的著地濃度，煙囪越高，著地濃度低。 這是一種局部解決的方法，國為煙氣中的SOx 被大氣稀釋，所以落到地面時濃度已很稀，無害于為類及動植物的生存。但它并不能從根本上消除 SO2和減輕對大氣的總污染，僅僅起到緩和污染的作用。

3 燃料的選用和改質

燃料種類不同，產生的煙塵情況也不同。氫燃燒時產生的透明火焰，幾乎不產生炭黑；甲醇燃燒時也沒有炭黑產生。對碳氫化合物燃料來講，C/H越大，產生的炭黑數量就越多；碳原子數愈多，就越容易產生炭黑，液體燃料的殘碳含量愈多，產生的煙塵越大。與輕質油相比，重油的碳原子數大，C/H也大，燃燒時產生的煙塵量要比輕質油多。固體燃料在不完全燃燒時同樣產生炭黑，揮發他多的比揮發分少的煤，其碳黑的生成量要多得多。但是，煤燃燒產生的煙塵主要是以飛灰形式出現。

1）燃料中含有的硫在燃燒時產生 SO2，在氧化條件下，SO2能被氧化成 SO3，再與水汽相遇便生成 H2SO4，具有很強的腐蝕性。SO2除直接危害人體健康外，對環境的危害是以酸雨的形式出現的。因此在選用燃料時采用低硫或不含硫燃料，或通過洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是從燃料燃燒的過程中脫硫，三是采用煙氣脫硫技術。目前，煙氣脫硫是一個主要的SO2控制方法，它將煙道廢氣中SO2成分脫除或回收硫，從而使煙氣中SO2的污染大降低；

2）大氣中的NOx主要來源于燃料的燃燒過程。NOx吸收并散射光線，在空氣中與光化學氧化劑、顆粒物以及日光發生一系列的復雜的反應而形成光化學煙霧，不僅降低能見度，而且對人體的健康有很大危害。防治NOx的方法有兩種，一是通過燃燒技術的改進來抵制 的生成；二是從煙氣將NOx除去，即煙氣脫除NOx。此外，還可采用高煙囪稀釋法。這雖沒有減少向大氣的排放量，但對減輕局部地區的污染是有效的。

4 燃燒治理

燃燒操作條件的影響比較復雜，涉及的因素較多，這里介紹三個因素：空氣燃燒比、燃燒溫度及燃燒時間。空氣燃料比增加，表示空氣量增多，燃燒完全，排煙中的煙塵濃度會下降。一般而言，煙氣出口濃度降低，煙塵濃度將增大。提高燃燒溫度和延長在高溫區的停留時間，都會使煙塵量下降。因為燃燒所產生的炭黑、油灰和飛灰可燃物質都是固體物質，其燃燒速度決定于氧化劑擴散到固體表面上的擴散速率，以及表面上的反應速率。高溫時，對炭黑和小粒徑的油灰及飛灰的燃燒速率，化學反應速率是主要影響因素。對大粒徑的顆粒，擴散速率的影響就不能忽視。

5 排煙治理

在燃料燃燒的過程中，會發生一系列的物理和化學變化。并有可能形成大小不一的細微碳粒。這些微小碳粒以流態形式存在氣體之中，往往不易燒盡，在煙囪出口會出現黑的濃煙，污染環境。

燃料中的灰分也有部分由燃燒生成煙氣帶入煙囪排放到大氣中，煤粉燃燒時由為嚴重。這些以氣體漂浮的灰分以顆粒狀存在，是煙氣中灰塵的主要來源。為了減輕煙囪排出煙氣中有害物質對環境的污染，應該改進燃燒技術，創造良好的燃燒條件，保證燃料的完全燃燒。當煙氣的含塵量高于排放標準的規定時可考慮在煙道中設置除塵裝置。各種除塵裝置都有其效果最佳的工況條件，不符合這些條件時，除塵效率將大為降低。當采用強制排煙時，除塵裝置要安裝在排煙機之前，這樣可以減少或避免煙氣中粉塵對排煙機的磨損，而且含塵煙氣處在負壓條件下，不會產生粉塵飛出的問題。為使輸送含塵氣流至除塵器的管道內不產生積灰,保證除塵系統的正常工作，要求水平管段內的流速在10m/s～12m/s以上。

當我們沉醉于取得的工業成就時，也日益感到這些工業成就的代價是環境污染不斷加深。這讓我們也感受到了環境保護的緊迫性。而一座設計合理環保的工業爐，再加上我們的操作人員的精心管理，定能創造出良好的技術經濟指標。

[1]夏喜英.鍋爐與鍋爐房設備[M].中國建筑工業出版社，2011.

[2]徐生榮.鍋爐原理與設備[M].中國水利水電出版，2009.