小型锅炉的烟尘治理对策研究

曲伟业

黑龙江省牡丹江市环境监测中心站，牡丹江157000

小型锅炉的烟尘治理对策研究

曲伟业

黑龙江省牡丹江市环境监测中心站，牡丹江157000

小型锅炉多数具有燃烧方式落后，操作不稳定，煤种多变，无燃烧控制装置，无脱硫设施，燃烧效率低，部分燃料未经燃烧排入环境中，使污染物排放强度高；过剩空气系数过大，热损失大，结垢严重，低负荷运行概率大，热效率低；烟囱低矮，对大气污染贡献率高；生产、取暖混用，季节性、间歇性强，用热不均衡；管理水平低下的特点。淘汰层燃方式小锅炉，采取集中供热、供蒸汽方式或使用电锅炉、燃气锅炉是彻底解决小锅炉污染问题的发展方向，经济不发达地区短时间内很难全部实现。如何在过渡期选择较好的对策，从节能和减排两个方面入手，选择燃烧效率和热效率相对高的小型锅炉，适当配备除尘装置减少污染物排放是实际工作中必须面对的现实问题。

小型锅炉；烟尘；治理对策

一、小型锅炉（以2T/h或1.4MW以下手烧炉为例）的特点

1、以燃散煤为主，约占锅炉总容量的70%左右；煤炭的品质低劣，煤种多变，灰分含量高。灰分通常高于22%，一般在30%～40%之间，有时能达到40%以上；硫分一般在0.3%～0.5%，少数超过1%。

2、锅炉燃烧方式落后，无燃烧控制装置，无脱硫设施，燃烧效率低，部分燃料未经燃烧排入环境中，使污染物排放强度高。烟尘排放浓度一般为2000mg/m3以上，林格曼黑度5级。

3、锅炉热效率低，一般为50～55%。热效率低增加了燃料的消耗量，浪费资源、能源，增加污染物排放量。

4、锅炉烟囱低矮，一般低于30米，烟气多为低空排放，对城市大气污染贡献率高，通常为45%～65%。

5、锅炉布局相当分散，点源多，分布面广，生产、取暖混用，季节性、间歇性强，用热不均衡。

6、司炉工素质低下，人为因素变动大，管理水平低下。

7、锅炉造价低，资金少，治理、改造投资与锅炉本体造价很难匹配。

由于手烧锅炉具有着火条件优越、燃料适应广泛；结构简单、起停炉简便、短时间能使热负荷有较大幅度的变化；造价低、维修工作量小的优势，是手烧炉至今没有彻底淘汰的重要原因。

二、小型锅炉污染物排放强度高的主要原因

（一）燃烧效率低

1、加煤时由于新煤水分的蒸发及自身的吸热，使炉膛温度下降，此时煤层最厚阻力较大，吸入炉膛的空气量减少。这时煤中分解出来的可燃气体和焦炭的燃烧却需要较多的空气量，因而缺氧，挥发分在高温缺氧的条件下进行热分解，生成大量炭黑，出现冒黑烟现象。

2、拨火时由于煤炭挥发分瞬间大量增加，供氧不充分而使未燃烧的煤粉及焦油等物质随气体逃逸，产生黑色的烟尘。

3、小型锅炉用煤未经任何处理，煤炭颗粒大小不均，直径0.3mm左右的颗粒被气流带走，使烟尘排放浓度增加。煤屑增大通风阻力，需要加大拨火操作频次，易造成漏煤损失。

4、煤种多变，运行监测设施不全，运行管理人员无法掌握煤质情况，摸不清运行规律，不能采取有针对性的应对措施，降低了燃料燃烧效率，增加了污染物排放。

（二）热效率低

1、配气量不协调。加煤时缺氧，随着焦炭和挥发分的不断燃烧，煤层逐渐减薄，所需空气量减少，此时通风阻力相应减少，进入炉膛的空气量增多，出现空气过剩，降低炉膛温度，增加排烟温度，增加热损失，降低锅炉热效率。

2、负荷小。小型锅炉大多数情况处于远低于额定负荷状态，如果锅炉在50%负荷下运行，散热损失增加一倍。这样就使锅炉漏风量增大，火床和炉膛温度相对偏低，燃烧速度明显减慢，煤中的固定碳更加不易燃烧，致使炉渣含碳量增加，增大了燃烧热损失和排烟热损失，使热效率下降。

3、热损失。由于灰坑和炉墙的漏风现象，造成过剩空气系数偏大，增加排烟热损失。

4、结垢。有很大一部分小型锅炉的锅炉用水没有处理，使锅炉结垢严重，增加热阻降低热效率。资料介绍：受热面结垢1毫米，热效率将下降8%。

5、管理水平低。生产、取暖混用，夏季低负荷运行，冬季超负荷运行，起停炉频繁也是燃烧效率低，污染物排放浓度高，热效率低的重要原因。

三、常见烟尘治理对策分析

烟尘治理对策分为燃烧前控制技术、燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。

燃烧前控制技术是治理烟尘污染的先决一步，包括物理的、化学的、生物的方法，以及多种技术联合使用的综合工艺。燃烧中控制技术主要指清洁燃烧技术，指在减少燃烧过程中污染物的排放，提高燃煤利用效率的所有技术的总称。燃烧后控制技术是指在锅炉尾部采用物理、化学措施将煤炭挥发物截留或转化，达到减少污染物排放的目的。燃烧前控制技术和燃烧中控制技术是治理烟尘污染的最根本的途径，通过提高燃料燃烧率和锅炉热效率减少污染物排放量和燃料消耗量，达到节能减排的目的。目前烟尘治理的主要对策有：

（一）使用型煤。型煤是以高效洁净利用为宗旨的洁净煤技术之一，与散煤相比具有粒度均匀，性质均化，孔隙率大，反应活性高，改质优化的特点。国内供热锅炉燃用型煤的多年实践表明，同散煤相比，由于降低了固体不完全燃烧损失率（约15%），灰渣含碳量降至8%～9%；通风量均衡稳定，过剩空气系数小，降低了排烟温度，减少热损失；含末率低，降低了烟气中的含尘量。使锅炉热效率提高5%～8%，节煤7%～13%；烟尘排放量可减少60%～95%，强制通风的型煤锅炉只需加装简单的干式除尘器，即可达标排放；型煤中加入固硫剂可使SO2减排50%～55%。

由于型煤低温时着火延迟时间比散煤长，不适用起停炉频繁的间歇性生产锅炉。

（二）使用洗选煤。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸石、硫等杂质。洗选煤煤炭颗粒均匀，煤质稳定，可以使燃烧率有一定的提高，降低烟尘排放浓度。由于燃烧方式的落后，节煤和降低烟尘黑度效果不明显，且市场供应和价格问题，小锅炉燃用洗选煤的很少。

（三）水煤浆燃烧技术。水煤浆是燃料煤经过筛选、筛分及研磨粉碎后加水和少量的悬浮剂，制成煤水两相流浆体。由于燃料的粒度级配有严格的要求，加上少量添加悬浮剂的作用，使水煤浆不同于一般的煤水混合物，而具有一定的稳定性和流动性，可以像石油一样泵送，管道输送，船舶载运，车送，雾化燃烧。而且经济效益和环境效益都很好。

水煤浆锅炉燃烧稳定，热效率可达83%～84%，燃尽率98%，经除尘后烟尘浓度50mg/m3以下，加脱硫剂后SO2浓度300mg/m3以下。由于水煤浆含有30%左右的水分，燃烧火焰温度低150～200℃，水蒸汽具有使NO还原为N2的作用，所以NOx的排放浓度低，是一种低污染的清洁燃料。

由于水煤浆锅炉没有商品水煤浆时，需要配备制备、储存系统，轻柴油储存、输送系统，电除尘或布袋除尘系统，以及复杂的操作系统，短期内很难在小型锅炉推广、应用。

此外还有循环流化床燃烧技术，煤粉燃烧技术都不适合在小型锅炉应用。

（四）禁止原煤直接燃烧。为了确保锅炉热效率高，减少SO2和烟尘排放，也必须从锅炉源头上对燃料做出严格的限制，即禁止小型锅炉燃烧高灰高硫的原煤。

1、使用气体燃料。气体燃料主要有天然气、石油液化气、煤气，与固体和液体燃料相比，气体燃料可以在很低的过量空气系数（1.05～1.3）下完全燃烧，CO2排放量可减少26%；SO2减少为零；NOx减少为33%；烟尘排放可以降低到零。

2、使用电锅炉。电锅炉热效率高，无污染物排放，安装使用简便，可以彻底解决小型锅炉的烟尘污染问题。

目前，电锅炉、燃气锅炉的技术条件已经比较成熟了，能够满足取暖需求和工业生产上的要求，但在解决价格方面一直没有取得突破性的进展，相对于燃煤锅炉而言，价格还是比较高的，大约是3～5倍。

3、淘汰小型燃煤锅炉，集中供热、供蒸汽。锅炉的热效率和污染物的排放量，不仅和煤炭的品质及燃烧方式有关，而且同锅炉的容量有关。通常在其它条件相同时，锅炉容量越大，锅炉热效率越高，污染物排放量相对越小。这是由于锅炉容量大，热负荷高，炉膛空间相对较大，烟气停留时间长，煤炭燃尽系数高，热效率高，烟尘排放量相对少。热效率高，节省了煤炭，也就是减少了烟尘和SO2的排放量。容量愈小的锅炉，燃烧方式也愈落后，燃烧不稳定，燃烧效率低，污染物排放量也愈多。为此，淘汰小容量的锅炉，是提高热效率、节约煤炭、减少烟尘及SO2排放量的最简便、最经济的方法。

综上所述，使用电锅炉，燃气锅炉，集中供热、供蒸汽是节约能源，减少污染物排放比较理想的对策。但是，在经济不发达地区完全实现必须有一个过渡期，如何在过渡期选择较好的对策，尽可能提高小型锅炉的燃烧效率和热效率减少污染物排放是很重要的。

四、过渡期小型锅炉烟尘治理对策

过渡期小型锅炉烟尘治理的基本思路应以燃烧前控制技术，燃烧中控制技术为主配合适当的燃烧后控制技术，能够取得一定的节能效果，达到减少污染物排放的目的。实际操作应根据小型锅炉的一般特点和生产使用的特殊性选择适应性强的炉型，常见的炉型有：

1、链条炉排锅炉：因其炉排类似于链条式履带而得名。通过在炉前均匀加煤，煤的燃烧过程是在移动中完成的。沿炉排长度方向燃料层有明显的分区，将煤炭充分燃烧，达到减少污染物排放的目的。

主要优点：技术成熟、稳定可靠、价格适中、连续运行效果较好、有一定的节煤作用（与手烧炉对比下同），配高效干式除尘器，污染物排放可达标排放。

主要缺点：着火条件差，起、停炉冒黑烟，动力消耗大，运行费用较高，对煤种要求高，对间歇性、用热不均衡的企业不是最佳选择；1T/h或0.7MW以下锅炉经济上不合理。

2、双层炉排锅炉：双层炉排俗称倒反烟锅炉，是通过强制手段将烟气通过上层炉排的燃烧层在上下两层炉排之间排出。煤炭挥发物通过上层炉排的燃烧层燃烧后，再经过下层炉排燃烧后排出，达到减少污染物排放的目的。

主要优点：技术比较成熟，燃烧效率高，可节煤20%左右，热损失小、热效率较高，价格稍低、运行费用低，适用燃料种类广泛、操作简便、对间歇性、用热不均衡的企业适应性较强。配适当的除尘器可达标排放。

主要缺点：着火条件和煤种适应范围不如手烧炉，司炉工需要简单培训。

3、煤制气锅炉：水蒸汽通过煤炭燃烧层发生化学反应，产生一氧化碳和氢气即煤气，达到减少污染物排放的目的。

主要优点：燃烧效果好、运行费用低、节煤效果明显。

主要缺点：价格高，点炉和循环转换过程冒黑烟（完全达标排放需要配备适当的除尘器），对煤种要求高、操作复杂、锅炉房必须具备一定的高度。

五、结论

综上所述，治理小型锅炉烟尘污染应以提高燃烧效率、锅炉热效率为目标，配备适当的除尘器作为辅助手段。使用电锅炉和燃气锅炉，淘汰燃煤小型锅炉集中供热、供蒸汽是小型锅炉烟尘治理的最彻底的方法。

综合考虑一次投资、处理效果、运行费用、操作的复杂程度、节煤效果、燃料的适应性、对企业生产特点的适应性等因素，经过反复对比、观察，双层炉排锅炉对间歇性、用热不均衡、燃料种类较多的企业比较适合；具有一定的生产连续性、用热相对均衡、燃料种类比较单一的企业以及取暖锅炉可使用煤制气锅炉或型煤锅炉。

[1]丁守宝.中小型锅炉节能环保新技术[M].北京：化学工业出版社.2009：12-13；26-46；122-175

[2]杨明珍，陈松林 编著.环境工程治理技术丛书——工业锅炉除尘设备[M].北京：中国环境科学出版社.1992：11-13；19-109

[3]于正然 等.烟尘烟气测试实用技术[M].北京：中国环境科学出版社.1990:1-8

[4]丘伟 主编.国家职业资格培训教材——锅炉操作工（初级）[M].北京：机械工业出版社.2009:196-228

[5]吕殿录 等.新编环境监测技术与执法全书[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社.2005:707-712

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.011

曲伟业（1955年），男，黑龙江省牡丹江市人，工程师，主要从事环境管理、污染防治实际应用对策研究。