磚瓦隧道窯廢氣在線監控設施適用標準研究

文_王帥 刁玲玲 李吉慶 青島市生態環境局城陽分局

磚瓦工業是我國國民經濟中的重要行業，我國經濟的快速發展促使基建工程項目與日俱增，進而推動磚瓦企業的迅猛發展。為了加強對磚瓦等建材行業的環境管理，山東省于2018年發布了《建材工業大氣污染物排放標準》（DB37/2373-2018）（簡稱“標準”），并于2019年1月1日正式實施。標準中對基準氧含量進行了調整，并對顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物等污染物排放濃度給出了更為嚴格的限制，甚至將磚瓦行業納入超低排放的序列之中。

近年來，隨著環境管理技術的不斷進步和環境監管力度的持續加強，污染源在線監控管理憑借高效、便捷、節省人力等優勢受到環境監管部門的青睞，得以快速發展。山東省2019年出臺的《山東省重點排污單位名錄制定和污染源自動監測安裝聯網管理規定》中明確要求，將磚瓦燒結窯企業納入重點源監管名單，并要求相關企業安裝廢氣在線監控設施。在對磚瓦企業日常監管過程中，廢氣在線設施檢測結果經常出現驟然上升形成極大、可疑數據的情況，造成時均值甚至日均值超過標準，尤其是顆粒物指標。針對這種情況，本文結合作者的實際工作經驗，對現行標準的不適之處進行了深入分析，并提供出了合理化的改進建議。

1 磚瓦行業的特點

1.1 當前磚瓦行業使用的燒結爐窯主要為隧道窯

隧道窯始于1765年，20世紀80年代磚瓦隧道窯引進到中國，由于該種爐窯能夠利用燃燒煙氣等余熱對磚坯進行烘干節約能源，在環保、節能等方面均優于輪窯、地溝窯等老式爐窯，因此，目前很多區域限制輪窯、地溝窯等老式窯爐的使用，現存磚瓦企業使用的爐窯主要為隧道窯。

1.2 磚瓦隧道窯燃燒方式主要是內燃式

磚瓦燒結企業當前普遍采取的焙燒方式為傳統的內燃焙燒，利用頁巖、渣土、煤、煤矸石等具有一定熱值的廢棄物和物料，進行破碎混合，制成磚坯，干燥后送入隧道窯進行焙燒。磚坯通過自我鏈式燃燒生成產品，燃料即是產品，熱能實現自我利用，不需對外輸送，這與鍋爐等外燃式燃燒有很大差別。

1.3 磚瓦的產品質量要求焙燒過程中需要富氧燃燒

磚瓦坯體需要在富氧狀態下才能將Fe元素氧化成Fe2O3，呈現紅色狀態。此外，由于磚坯密度較高，材質較為密實，空氣滲透性較低，因此需要持續的外部強氧化狀態才能保證氧氣滲透至磚體內部，為磚體充分焙燒提供充分的氧氣，進而提高磚體的強度和質量。

1.4 磚瓦的生產方式決定了隧道窯內含氧量較高，且有較大氧含量波動

磚瓦窯在生產期間，需要根據生產工況不定時地開啟隧道窯的窯門，進磚坯出產品。物料的易碎性要求必須在較慢的速度下平穩進出，從而造成該過程有大量空氣進入窯內，排放的煙氣中氧含量存在波動。此外，生產過程中為了保證產品質量，需要察看窯內焙燒情況，也需頻繁打開通風口，必然會引起窯內空氣過剩系數短時間波動，煙氣氧含量增加。

1.5 現行適用的磚瓦行業排放標準均對廢氣排放濃度進行折算加權計算

目前，在我國的鍋爐、爐窯等廢氣排放標準中，《鍋爐大氣污染物排放標準》《磚瓦工業大氣污染物排放標準》《建材工業大氣污染物排放標準》均有空氣過剩系數（實際空氣供給量與理論空氣供給量之比）或者基準氧含量折算系數等參數，此兩者本質上是一致的，計算中可以相互轉化，計算公式為式（1）。

式中α—空氣過剩系數；—實測的氧含量，%。

式中c—大氣污染物基準氧含量排放濃度，mg/m3；c′—實測的大氣污染物排放濃度，mg/m3；—實測的氧含量，%；O2—基準氧含量，%。

通過式（1）（2）可以看出，前述各種標準中引用折算的目的與廢水排放標準中所提出的第一類污染物相似，主要是為了規避企業通過利用大量空氣來稀釋污染物的濃度進而實現虛假達標，以及避免通入大量空氣降低爐溫浪費能源。

2 現行標準存在的問題

2.1 磚瓦隧道窯工藝造成含氧高，與鍋爐等外燃式含氧高存在本質區別

通過對磚瓦行業隧道窯的特點分析，隧道窯在磚瓦燒制過程中普遍氧含量較高，空氣過剩系數較大。根據姬廣慶對甘肅省14家企業磚瓦企業的檢測數據統計分析，這些企業的檢測結果氧含量大于19%，空氣過剩系數α也相應的大于10，其原因與隧道窯利用煙氣余熱烘干磚坯等行業特征有關，并非企業單純為了稀釋污染物而采取的措施，這一點與鍋爐等外燃型燃燒存在本質上的差別。因此，隧道窯在標準中引入基準氧含量、空氣過剩系數的作用并不明顯。

2.2 現行標準和磚瓦隧道窯工況導致氧含量變化空間狹小

標準規定磚瓦窯基準氧含量為18%，實際檢測中磚瓦窯正常工況的氧含量基本在19%左右，因此在空氣內燃過程中，爐窯只有2%～3%的波動空間。然而，鍋爐尤其是電廠鍋爐等外燃設備基準氧含量可以低至3%，波動空間可以達到18%左右。由此可以看出，隧道窯含氧量指標范圍非常狹窄，進而造成相關折算指標非常敏感。

2.3 在線監控設施氧含量探頭自身準確率偏差造成折算后濃度偏離實際情況較大

根據《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術規范》（HJ75-2017）表1中的規定，氧氣的示值誤差只要≤±5%標氣標稱值，即符合驗收技術規范的要求。然而，目前磚瓦隧道窯所用的氧氣標氣標稱值基本在20%左右，從而計算可以得出，在線監控設施所測的氧氣體積濃度示值誤差只要≤±1%即可滿足在線設施的技術要求。由前述分析可知，磚瓦窯排放廢氣基準氧含量18%到空氣中氧含量21%，僅有3%左右的波動空間，但誤差范圍就達到±1%，明顯比重過大，已經很難達到準確監控的目的。

2.4 折算系數放大在線監控系統數據偏差，對在線監管工作造成額外負擔

根據標準的折算要求，煙氣中含氧量高于19%后，含氧量稍微變化就會造成折算系數顯著增加，而在線設施氧傳感器的誤差很容易造成折算后的污染物濃度起伏不定頻繁超標。由圖1可以看出，當氧含量接近21時，氧含量稍微增加就會引起折算系數接近垂直狀態迅猛增大，從而導致檢測值劇增引起時均值、日均值超標。根據我國目前的管理要求，超標報警值出現需要生態環境部門的監控、執法人員到企業進行現場核實，因此，給環境管理部門造成很大工作壓力和負擔。

圖1 標準中磚瓦隧道窯廢氣中氧含量升高對折算系數的影響

3 結語

磚瓦行業在線監控設施在適用標準的過程中存在一定的不足之處，含氧量測量的偏差會造成污染物折算濃度出現明顯的誤差，對環境管理工作帶來負擔。因此，建議將折算因子進行適當的調整，將氧含量改為單位產品廢氣排放量，其原因是廢氣排放量和污染物濃度變化更直接，線性相關區域更廣闊，檢測過程相對成熟穩定，同時可以消弱設備偏差對檢測數據誤差的放大效應，改善在線監控設施的穩定性、準確率，提高環境管理人員的工作效率。