砖瓦隧道窑废气在线监控设施适用标准研究

文_王帅 刁玲玲 李吉庆 青岛市生态环境局城阳分局

砖瓦工业是我国国民经济中的重要行业，我国经济的快速发展促使基建工程项目与日俱增，进而推动砖瓦企业的迅猛发展。为了加强对砖瓦等建材行业的环境管理，山东省于2018年发布了《建材工业大气污染物排放标准》（DB37/2373-2018）（简称“标准”），并于2019年1月1日正式实施。标准中对基准氧含量进行了调整，并对颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物等污染物排放浓度给出了更为严格的限制，甚至将砖瓦行业纳入超低排放的序列之中。

近年来，随着环境管理技术的不断进步和环境监管力度的持续加强，污染源在线监控管理凭借高效、便捷、节省人力等优势受到环境监管部门的青睐，得以快速发展。山东省2019年出台的《山东省重点排污单位名录制定和污染源自动监测安装联网管理规定》中明确要求，将砖瓦烧结窑企业纳入重点源监管名单，并要求相关企业安装废气在线监控设施。在对砖瓦企业日常监管过程中，废气在线设施检测结果经常出现骤然上升形成极大、可疑数据的情况，造成时均值甚至日均值超过标准，尤其是颗粒物指标。针对这种情况，本文结合作者的实际工作经验，对现行标准的不适之处进行了深入分析，并提供出了合理化的改进建议。

1 砖瓦行业的特点

1.1 当前砖瓦行业使用的烧结炉窑主要为隧道窑

隧道窑始于1765年，20世纪80年代砖瓦隧道窑引进到中国，由于该种炉窑能够利用燃烧烟气等余热对砖坯进行烘干节约能源，在环保、节能等方面均优于轮窑、地沟窑等老式炉窑，因此，目前很多区域限制轮窑、地沟窑等老式窑炉的使用，现存砖瓦企业使用的炉窑主要为隧道窑。

1.2 砖瓦隧道窑燃烧方式主要是内燃式

砖瓦烧结企业当前普遍采取的焙烧方式为传统的内燃焙烧，利用页岩、渣土、煤、煤矸石等具有一定热值的废弃物和物料，进行破碎混合，制成砖坯，干燥后送入隧道窑进行焙烧。砖坯通过自我链式燃烧生成产品，燃料即是产品，热能实现自我利用，不需对外输送，这与锅炉等外燃式燃烧有很大差别。

1.3 砖瓦的产品质量要求焙烧过程中需要富氧燃烧

砖瓦坯体需要在富氧状态下才能将Fe元素氧化成Fe2O3，呈现红色状态。此外，由于砖坯密度较高，材质较为密实，空气渗透性较低，因此需要持续的外部强氧化状态才能保证氧气渗透至砖体内部，为砖体充分焙烧提供充分的氧气，进而提高砖体的强度和质量。

1.4 砖瓦的生产方式决定了隧道窑内含氧量较高，且有较大氧含量波动

砖瓦窑在生产期间，需要根据生产工况不定时地开启隧道窑的窑门，进砖坯出产品。物料的易碎性要求必须在较慢的速度下平稳进出，从而造成该过程有大量空气进入窑内，排放的烟气中氧含量存在波动。此外，生产过程中为了保证产品质量，需要察看窑内焙烧情况，也需频繁打开通风口，必然会引起窑内空气过剩系数短时间波动，烟气氧含量增加。

1.5 现行适用的砖瓦行业排放标准均对废气排放浓度进行折算加权计算

目前，在我国的锅炉、炉窑等废气排放标准中，《锅炉大气污染物排放标准》《砖瓦工业大气污染物排放标准》《建材工业大气污染物排放标准》均有空气过剩系数（实际空气供给量与理论空气供给量之比）或者基准氧含量折算系数等参数，此两者本质上是一致的，计算中可以相互转化，计算公式为式（1）。

式中α—空气过剩系数；—实测的氧含量，%。

式中c—大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3；c′—实测的大气污染物排放浓度，mg/m3；—实测的氧含量，%；O2—基准氧含量，%。

通过式（1）（2）可以看出，前述各种标准中引用折算的目的与废水排放标准中所提出的第一类污染物相似，主要是为了规避企业通过利用大量空气来稀释污染物的浓度进而实现虚假达标，以及避免通入大量空气降低炉温浪费能源。

2 现行标准存在的问题

2.1 砖瓦隧道窑工艺造成含氧高，与锅炉等外燃式含氧高存在本质区别

通过对砖瓦行业隧道窑的特点分析，隧道窑在砖瓦烧制过程中普遍氧含量较高，空气过剩系数较大。根据姬广庆对甘肃省14家企业砖瓦企业的检测数据统计分析，这些企业的检测结果氧含量大于19%，空气过剩系数α也相应的大于10，其原因与隧道窑利用烟气余热烘干砖坯等行业特征有关，并非企业单纯为了稀释污染物而采取的措施，这一点与锅炉等外燃型燃烧存在本质上的差别。因此，隧道窑在标准中引入基准氧含量、空气过剩系数的作用并不明显。

2.2 现行标准和砖瓦隧道窑工况导致氧含量变化空间狭小

标准规定砖瓦窑基准氧含量为18%，实际检测中砖瓦窑正常工况的氧含量基本在19%左右，因此在空气内燃过程中，炉窑只有2%～3%的波动空间。然而，锅炉尤其是电厂锅炉等外燃设备基准氧含量可以低至3%，波动空间可以达到18%左右。由此可以看出，隧道窑含氧量指标范围非常狭窄，进而造成相关折算指标非常敏感。

2.3 在线监控设施氧含量探头自身准确率偏差造成折算后浓度偏离实际情况较大

根据《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ75-2017）表1中的规定，氧气的示值误差只要≤±5%标气标称值，即符合验收技术规范的要求。然而，目前砖瓦隧道窑所用的氧气标气标称值基本在20%左右，从而计算可以得出，在线监控设施所测的氧气体积浓度示值误差只要≤±1%即可满足在线设施的技术要求。由前述分析可知，砖瓦窑排放废气基准氧含量18%到空气中氧含量21%，仅有3%左右的波动空间，但误差范围就达到±1%，明显比重过大，已经很难达到准确监控的目的。

2.4 折算系数放大在线监控系统数据偏差，对在线监管工作造成额外负担

根据标准的折算要求，烟气中含氧量高于19%后，含氧量稍微变化就会造成折算系数显著增加，而在线设施氧传感器的误差很容易造成折算后的污染物浓度起伏不定频繁超标。由图1可以看出，当氧含量接近21时，氧含量稍微增加就会引起折算系数接近垂直状态迅猛增大，从而导致检测值剧增引起时均值、日均值超标。根据我国目前的管理要求，超标报警值出现需要生态环境部门的监控、执法人员到企业进行现场核实，因此，给环境管理部门造成很大工作压力和负担。

图1 标准中砖瓦隧道窑废气中氧含量升高对折算系数的影响

3 结语

砖瓦行业在线监控设施在适用标准的过程中存在一定的不足之处，含氧量测量的偏差会造成污染物折算浓度出现明显的误差，对环境管理工作带来负担。因此，建议将折算因子进行适当的调整，将氧含量改为单位产品废气排放量，其原因是废气排放量和污染物浓度变化更直接，线性相关区域更广阔，检测过程相对成熟稳定，同时可以消弱设备偏差对检测数据误差的放大效应，改善在线监控设施的稳定性、准确率，提高环境管理人员的工作效率。