烟气氧含量对锅炉大气污染物排放浓度的影响

文 // 王成军 新疆油田公司供热公司

《锅炉大气污染排放标准》自1983年发布以来，虽经多个版本的修改，但其中在监测燃煤锅炉烟尘排放浓度时，应根据烟气中的含氧量计算过量空气系数，并将烟尘排放浓度一律折算为过量空气系数为1.8时的浓度的规定，始终没有改变。在已实行的最新标准中，直接用氧含量进行折算替代了以往版本中用过量空气系数折算方法，更加突出了烟气氧含量对排放浓度计算的重要性。烟气氧含量是计算锅炉污染物排放浓度的重要参数，在运行中有效控制烟气氧含量，是锅炉污染物排放能否达标的关键。

本文结合GB13271-2001和GB13271-2014两个版本的《锅炉大气污染排放标准》中污染物排放浓度计算方法进行分析，说明控制烟气氧含量对控制污染物排放浓度的重要性。

1 锅炉大气污染物排放浓度计算

烟气氧含量是锅炉运行重要监控参数之一和反映燃烧设备与锅炉运行完善程度的重要依据，其值的大小与锅炉结构、燃料的种类和性质、锅炉负荷的大小、运行配风工况及设备密封状况等因素有关。氧含量越小，即过量空气系数越小，则表明化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失增加；氧含量越大，即过量空气系数越大，则表明空气量送入过大。过量的空气造成炉温下降，不但影响燃烧，还会带走大量的热量和灰尘，增大污染排放浓度的计算结果，同时风量大也增加了排烟耗电量。控制烟气氧含量，对控制燃烧过程，实现安全、高效和低污染排放是非常重要的。

1.1 GB13271-2001标准计算方法

根据GB13271-2001中的规定，“实测的锅炉烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度，应根据规定的过量空气系数进行折算”，而过量空气系数是根据烟气中的氧含量进行计算得出的，所以监测烟气中的氧含量非常重要。根据过量空气系数的概念“燃料燃烧时实际空气消耗量与理论空气需要量之比值”，过量空气系数与烟气氧含量的关系为:

式中：

α'－根据排放点实测烟气氧含量计算的过量空气系数；

φ'(O2) －实测烟气中的氧含量。

从烟尘排放浓度计算角度分析，过量空气系数过大，则计算排放浓度偏大，甚至大出几倍，这样的计算结果是难以让人接受的，实际烟尘排放浓度不可能超出实测烟尘浓度的2倍以上，否则需要重新调风，并检查是否有存在漏风，燃烧正常后再进行测量。根据GB13271-2001中的规定，燃煤锅炉的烟尘排放浓度应折算到标准过量空气系数α=1.8时的烟尘浓度。烟尘排放浓度按下式计算：

式中：

ρ－折算过量空气系数的烟尘排放浓度，mg/m3；

ρ'－烟气中实测烟尘浓度，mg/m3；

α－标准过量空气系数，1.8。

1.2 GB13271-2014标准计算方法

根据GB13271-2014的规定，实测的锅炉颗粒物、二氧化物、氮氧化物、汞及其化合物的排放浓度，应按公式折算为基准氧含量排放浓度。燃煤锅炉的基准氧含量为9%，燃气锅炉的基准氧含量为3.5%。

不管采用标准过量空气系数，还是采用基准氧含量，其折算值的大小都取决于烟气氧含量的实测值，所以在运行中控制烟气中的氧含量，对控制最终排放浓度至关重要。标准中只有采用统一的标准值或基准值进行折算，才能控制好排污企业有意增大空气进入量来稀释排放浓度的行为，才能对不同的企业的排放浓度采用统一的标准进行监管。

比较上述两个标准的计算方法可以看出，在实测浓度相同的情况下，采用GB13271-2014标准的折算排放浓度比GB13271-2001标准增大了2.86%。虽然计算标准略有差异，但GB13271-2014标准的排放限值要求更加严格。

1.3 氧含量对烟尘排放浓度的影响

过量空气系数的大小取决于燃料的种类、燃烧装置及燃烧条件等，对燃用烟煤的链条锅炉，炉膛过量空气系数一般取1.3～1.4，即烟气氧含量控制在5%～6%。由于各方面的原因，在实际生产中将烟气中的氧含量控制在6%以下有较大的难度，一般燃用烟煤和无烟煤所要求的炉膛内过量空气系数为1.5 左右，即把烟气氧含量控制在6%～8%作为链条锅炉经济运行指标，考虑到烟道及辅机等部位的漏风，烟道尾部氧含量会有不同程度的增加，烟气最大氧含量不宜超过10.5%，即过量空气系数不宜超过2.0。若再考虑测试不当还可能造成的漏气量的增加，烟气氧含量最终不易超过12%。烟气氧含量的细微变化，对排放浓度的折算值都有很大的影响。

表1为2014年对克拉玛依部分供热锅炉房监测结果。这些锅炉房的颗粒物排放实测结果较小，但折算后的结果均属于超标排放，超标排放的主要原因为烟气氧含量过高。

根据表1中实测颗粒物浓度及公式（1）、（2）可以推算出达标排放时氧含量控制值。这6座锅炉房氧含量分别作微量下调，下调量见图1，烟尘排放浓度即可满足≤200mg/m3的标准要求。图1中的数值与表1的氧含量数值比较，下调幅度很小，也就是说，氧含量只要发生细微的变化，都会对排放浓度的折算结果有很大的影响；同时也说明，在锅炉运行时，只要在风量配送、密封控制等方面做细微调整，这几座锅炉房实现颗粒物达标排放并不是很困难的事。

表1 2014年度供热锅炉房颗粒物排放监测情况统计

图1 氧含量下调幅度（%）

图2 检测当日各锅炉房运行负荷率情况

2 影响烟气氧含量的主要因素

2.1 燃烧配风的影响

锅炉正常运行时，炉膛负压应保持在20～30Pa。鼓风机送风量过大会造成炉膛内空气剩余量增加，过量空气系数增大。只要根据炉排有效燃烧面积和火床分布，合理调试各风室供风量，才能减少锅炉排烟热损失和烟气氧含量，有效提高锅炉热效率。同时，通过合理调整锅炉引风量，维持炉膛合理负压，能够有效降低烟道内烟气含尘量及氧含量的增加，同时也能有效降低烟气过量空气系数及烟尘排放浓度。

2.2 锅炉低负荷运行的影响

根据《锅炉烟尘测试方法》（GB5468）规定，测试在用锅炉烟尘排放浓度时，必须在锅炉设计出力70%以上的情况下进行。当锅炉运行负荷较低时，不但造成排烟热损失增大、锅炉运行效率降低，同时也导致污染物排放量增加。

从图2可以看出，在对表1中的锅炉房进行监测时，由于锅炉负荷率过于偏低，从而对监测结果产生较大影响。而各锅炉房基于“低负荷运行事故少”和“低负荷运行少冒黑烟”认识，大多采用“多锅炉、低负荷”运行模式。各锅炉运行出力较低，通过炉排面进入了过多的富余空气，从而导致烟气氧含量过高，过量空气系数偏高，也就造成颗粒物排放浓度实测值较低而折算值过高，甚至造成超标排放的问题。

2.3 系统漏风的影响

锅炉系统的漏风主要包括设备和烟道漏风。出现漏风现象时，必然造成烟气中氧含量增大和烟尘浓度的稀释，使过量空气系数增大，从而影响折算后烟尘排放浓度的准确性，并降低了锅炉运行效率。

锅炉炉膛漏风主要发生在看火孔、检查门和除灰口、出渣口等部位，这些部位的漏风量每增加10%，锅炉热效率则会降低2%～3%。锅炉炉膛漏风除上述重点监控部位因管理不到位造成的漏风外，一些部件或部位的损坏所产生的漏风，造成的影响更大。如：炉墙开裂漏风，挡烟墙和烟气导流板损坏、炉内放灰装置密闭不严等问题，会造成大量空气或烟气短路，使大量的灰粉及未经充分反应的空气进入烟道，造成排烟温度、烟气氧含量及灰含量的居高不下。

除尘器漏风，干法除尘器及其排灰口的锁气器，湿法除尘器及其水封溢流管处密封不严，由于负压运行会造成大量空气进入，不但会造成烟气氧含量的增加，还大幅度降低除尘器的除尘效果，当除尘器漏风达5%时，除尘效率会降低50%；当漏风率达到10%～15%时，除尘效率将为零。

鼓、引风机及其风量调节阀密封不好也会导致过量无用空气的进入。由于烟囱内烟气温度与外界空气温度差造成的热压作用，烟囱形成较大的抽力，烟道密封不好时，在负压的作用下会有大量的空气被抽入烟道，导致过剩氧含量增高。若烟气检测装置安装在几台锅炉的共用的烟囱上，由于烟囱的抽力作用，会有大量空气从未运行的锅炉和烟道进入，对烟气氧含量的测定影响很大，也导致烟尘排放浓度的准确性较差。

2.4 运行操作不规范的影响

一些不规范的习惯性操作，如在检查炉膛内燃烧情况时，不是通过看火孔，而是直接打开检查门；在调整燃烧状况时，不是通过调整煤层厚度、炉排速度以及各风室风量分配来实现有效燃烧，而是野蛮的采用拨火工具在炉膛内乱拨；在通过双阀锁气器排放干式除尘器内的积灰时，同时打开了锁气器上的双阀，致使过量空气大量涌入，造成除尘效果大幅度降低甚至丧失。

2.5 除尘、出渣用水溶解氧析出影响

水膜除尘、麻石除尘、水浴除尘等都是效率较高的湿式除尘方式，这些湿式除尘方式在工作过程中需要烟气与除尘用水充分接触，当除尘用水与高温烟气接触后，水温迅速升高，水中溶解氧随水温的升高溶解度也相应的下降，大量的溶解氧就释放到烟道内。湿式除尘器水位控制装置的工作水位调节过高，或喷淋水流量过大，会造成耗水量过大，耗水量越大，向烟道内释放的氧量也越多。湿式除尘用水中释放出来的氧，增大了烟气氧含量的监测值，必然会引起过量空气系数计算误差。

除湿式除尘器用水中析出的溶解氧对烟气氧含量有影响外，锅炉出渣用水的溶解氧析出也会对烟尘排放浓度的计算造成不利影响。高温炉渣落入出渣水槽，出渣水中析出的溶解氧在负压的作用下进入炉膛，导致过量空系数增大，从而导致污染物排放浓度的折算值偏高。

除上述因素对烟气氧含量有影响外，由于在监测过程存在的问题，造成的影响可能更大。例如，采样孔密封不严、氧含量采样系统内空气置换不完全、氧含量测试仪器量程及测试精度偏差、采样点旋流气体的影响、采样位置不合适、监测条件不具备等。这些影响因素需要监测人员或测试设备的维护人员进行排除，本文不做重点讨论。

3 结论与建议

烟气氧含量是锅炉大气污染物监测中极其重要的一项经济运行考核指标，在一定程度上，其值的大小是确定污染物排放浓度是否达标的关键。烟气氧含量控制是一个综合性、系统性的问题。在实际生产中，锅炉房要安装必要的烟气监控仪表，为运行管理提供可量化参考依据；同时，只要保证设备系统的密封性，加强运行管理，消除不规范操作行为，影响烟气氧含量的诸多因素是可以进行有效控制的，污染排放浓度也是可以按照国家标准要求进行管控的。司炉人员应当保持锅炉在规定的负荷下运行，严格控制风量配比，使燃料充分燃烧，同时要注意避免或消除漏风现象，尽可能将烟气氧含量控制在经济指标6%～8%范围内。这样既可以减少排烟热损失，提高锅炉的热效率，又能够较好地控制锅炉大气污染物排放，为保护和改善区域环境空气质量发挥积极的作用。