锅炉污染物监测中运行负荷的现场判断

穆卫亮，李光，严飞

(无锡市环境监测中心站，江苏 无锡 214123)



锅炉污染物监测中运行负荷的现场判断

穆卫亮，李光，严飞

(无锡市环境监测中心站，江苏 无锡 214123)

简述了锅炉的风量和烟气量、锅炉燃料的消耗量以及锅炉运行负荷的估算方法。通过实例分析，用现场监测的实际风量与理论值比较，粗略估算出监测时段锅炉运行负荷，比对锅炉污染物监测时段的锅炉运行负荷标准，从而判断监测数据的准确性与有效性。

锅炉；风量；烟气量；运行负荷

目前，我国能源结构中煤炭占到70%，大气污染中粉尘污染已经日益突出，锅窑炉产生的粉尘对城市灰霾贡献很大。因此，环境监测不仅要监测大气中的降尘、PM10及PM2.5， 也要监测尘源。

原国家环保总局《关于建设项目环境保护设施竣工验收监测管理有关问题的通知》(环发(2000)38号文)规定：建设项目竣工验收监测工况条件必须满足试生产阶段工况稳定，生产负荷达到75%以上；《锅炉烟尘测试方法》(GB 5468-91)规定：在对锅炉烟尘排放浓度的测试，必须在锅炉设计出力70%以上的情况下进行。因此，要保证监测过程在国家规定的要求下进行，确保监测数据权威、准确、有效，就需要在监测过程中监控锅炉运行负荷。锅炉运行负荷可以通过计量监测时段消耗的水量和煤量，计量水量一般利用蒸汽表、水表或水位差值法，但以上方法均受制于被监测单位且时效性差。通过现场监测的烟气量独立、即时、直观地判断监测时段锅炉的运行负荷，简便易行并可以防止监测单位弄虚作假。

1 锅炉的风量和烟气量

燃料燃烧需要氧气，即要有与耗煤量相匹配的空气量。所需要的理论空气量可根据燃烧化学反应和燃料的元素工业分析数据按式1计算。

V0=8.89(Cy+0.375Sy)+0.265H-3.33Oy

(1)

式中：Cy、Sy、Hy和Oy——燃料中C、S、H、O元素的百分比含量。但一般企业不做煤样全分析，加之所用的煤为混合用煤，实际难以按上述公式计算，一般采用经验公式计算。

1.1 理论空气量

不同种类的煤燃烧所需理论空气量[1]计算公式见式2—4。

(2)

(3)

(4)

式中： V0——理论空气量，m3/kg；

Q——燃料的低位发热量，kJ/kg。

1.2 理论烟气量

不同种类的煤燃烧所产生的理论烟气量[1]计算公式见式5—6。

(5)

(6)

式中：V0——理论空气量,m3/kg；Vy——理论烟气量,m3/kg；Q——燃料的低位发热量,kJ/kg；α——空气过剩系数。

空气过剩系数是指实际空气量与理论空气量之间的比值。空气过剩系数过大容易造成能量的损耗，过小造成燃烧不充分，产生黑烟，两者都会浪费燃料。一般锅炉炉膛出口烟气的空气过剩系数在1.1～1.2之间，考虑到除尘脱硫装置以及管线漏风情况，国家对不同吨位、不同类型的锅炉制定了不同的空气过剩系数折算值，见表1。

表1 各种锅炉过剩空气系数折算值[2-3]

①文献[1]中对大气污染物排放浓度的过量空气折算方法的表述形式有所不同，但实质是一样的。

2 锅炉燃料的消耗量

2.1 蒸汽热焓

蒸汽热焓由两部分组成：一是从0 ℃加热到饱和温度所需的液体热(显热)；另一部分是从饱和水完全汽化成饱和或过饱和蒸汽所需的汽化热(潜热)。2者均与压力有关，前者成正相关，后者成负相关。一般认为工业锅炉产生的是饱和蒸汽，而电站锅炉产生的是过饱和蒸汽。根据现有在用锅炉的吨位、压力以及蒸汽温度，工业锅炉热焓值在2 750 kJ/kg(658 kcal/kg)左右，电站锅炉热焓值在3 500 kJ/kg(837 kcal/kg)左右(可从蒸汽的热焓值表中查到)。不同类型锅炉的热效率见表2。

表2 各种炉型的热效率 %

2.2 锅炉的耗煤量

锅炉耗煤量计算方法见式7。

(7)

式中：G——煤量，t/h；W——蒸汽的热焓值，kJ/kg；T——锅炉的额定蒸发量，t/h；Q——燃料低位发热量，kJ/kg；η1、η2——锅炉的运行负荷和热效率。

3 锅炉运行负荷的估算

表3 不同类型锅炉单位蒸吨耗煤量及单位耗煤烟气量

4 实例应用

一台UG-220/9.8M7电站锅炉满负荷运行耗煤29 040 kg/h，α=1.4时烟气量为237 257 m3/h，现场监测结果α=1.4时烟气量为210 000 m3/h，测试时段锅炉运行负荷为88.5%。理论计算与实测结果的对比结果见表4。

表4 锅炉的运行负荷理论计算与实测结果

由表4可见，全部样品相对误差<±10%，这些误差主要来自锅炉系统(锅炉热效率、蒸汽品质、燃料低位发热量取值)和监测过程(监测点位的选取、仪器灵敏度等)2部分。

5 结果与讨论

5.1 蒸汽热焓值的确定

工业锅炉饱和蒸汽热焓值在2 750 kJ/kg(658 kcal/kg)左右，电站锅炉过饱和蒸汽热焓值在3 500 kJ/kg(837 kcal/kg)左右，扣除给水增加的热焓值，基本在2 508 kJ/kg (600 kcal/kg)左右。工业锅炉的给水温度≤100 ℃(实际在50～70 ℃)，电站锅炉的给水温度平均在230 ℃左右[4]，热水的焓值(单位：kcal/kg)与其相应的温度值近似，其差值在2 508 kJ/kg(600 kcal/kg)左右。

5.2 锅炉吨位适用范围

适用吨位在670 t/h以下的锅炉，超过此吨位锅炉就属临界压力锅炉。临界压力锅炉的热焓随着压力的增加快速下降，误差相应增大。在其他条件不变的情况下，锅炉的耗煤量取决于热效率。小吨位工业锅炉如果是煤粉炉，其热效率也可达90%以上，耗煤量也可以取电站锅炉的数值。

该法不仅适用于燃煤锅炉，对于燃油、燃气锅炉同样适用。理论空气量和理论烟气量用燃油、燃气经验公式计算，单位蒸吨的耗油量或耗气量根据油或气的低位发热量和锅炉热效率决定。

[1] 方品贤,江欣,奚元福.环境统计手册 [M].四川:科学技术出版社,1985:53-55.

[2] 环境保护总局.GB 13271-2001 锅炉大气污染物排放标准 [S].北京：中国标准出版社,2001.

[3] 环境保护部.GB 13223-2011 火电厂大气污染物排放标准 [S].北京：中国标准出版社,2011.

[4] 胡荫平.电站锅炉手册[M].北京:中国电力出版社,2005.

Judgment of the Operating Load for the Pollutant Monitoring of the Boiler

MU Wei-liang,Li Guang,YAN Fei

(WuxiEnvironmentalMonitoringCentralStation,Wuxi,Jiangsu214123,China)

In this paper,we briefly proposed the estimate methods in aspects of the air volume,flue gas quantity,fuel consumption,and the operating load of the boiler. Compared the real air volume with the theoretical one,the operating load of the boiler during monitoring was roughly estimated. In contrast with the standard on operating load of the boiler during monitoring period,we could judge the accuracy and effectiveness of the monitoring data.

Boiler; Air volume; Flue gas quantity; Operating load

2014-07-29；

2015-03-12

穆卫亮(1962—)，男，工程师，本科，主要从事环境监测工作。

TK223.7;X513

B

1674-6732(2015)03-0022-03