燃气锅炉大气污染物达标排放措施探讨

周维权 文钊

（1．西南油气田公司川东北作业分公司罗家寨生产作业区，四川 达州636164；2．西南油气田公司川东北作业分公司检修维中心，四川 达州636164）

1 锅炉大气污染物排放标准

为了减少工业锅炉大气污染物排放对环境的影响，我国于2014 年7 月1 日开始实施新修订的GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》（以下简称标准），提高了工业锅炉各项污染物排放控制要求。

标准中规定在用蒸汽锅炉和热水锅炉自2015年10月1日起执行新的大气污染物排放限值[1]。2014年7月1日之前建设的燃气锅炉颗粒物排放浓度≤30 mg/m3,二氧化硫的排放浓度≤100 mg/m3，氮氧化物的排放浓度≤400 mg/m3。在这之后新建的燃气锅炉颗粒物排放浓度≤20 mg/m3，二氧化硫排放浓度≤50 mg/m3，氮氧化物排放浓度≤200 mg/m3。

标准发布以后，为了应对更加严峻的大气污染物排放形势，北京市、上海市、天津市、山东省等省市在国家标准的基础上进一步修订了地方标准，收严了工业锅炉大气污染物排放限值，特别是氮氧化物排放限值，其中以北京市要求最为严格。北京市于2015 年5 月发布《锅炉大气污染物排放标准》（DB11/139-2015）要求自2017年4月1起新建的燃气锅炉颗粒物排放浓度≤10 mg/m3，二氧化硫排放浓度≤10 mg/m3，氮氧化物排放浓度≤30mg/m3。

2 锅炉大气污染物排放浓度计算

为了控制好排污企业有意增大空气量来稀释污染物排放浓度的行为，《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014）规定，实测的烟气锅炉颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等指标的排放浓度，应折算为基准氧含量排放浓度，公式如下（见图1）。

3 燃气锅炉大气污染物达标排放措施探讨

从图1的公式可以看出，要实现燃气锅炉大气污染物的达标排放，需要同时做好两方面的工作。一是要控制烟气中氧含量的实测值，二是要控制污染物的实测浓度。

图1 标准规定的污染物排放浓度折算公式

3.1 控制烟气中氧含量，是燃气锅炉大气污染物达标排放的关键

燃气锅炉的基准氧含量取3.5%，按照图1 公式，计算大气污染物浓度折算倍数（大气污染物基准氧含量排放浓度与实测的大气污染物排放浓度之比，也即ρ/ρ′）（见表1）。

表1 大气污染物浓度折算倍数与氧含量关系

从上表可以看处，当烟气中实测氧含量值为12.25%时，折算倍数为2；当超过这个值后，折算倍数成指数级曲线增长；当氧含量达到21%时，折算倍数可以达到无穷大，污染物的折算浓度理论上也可能达到无穷大。由此可见，控制烟气中氧含量是燃气锅炉大气污染物达标排放的关键。那么，如何控制烟气中实测氧含量呢？

3.1.1 精确控制燃烧配风

根据相关数据，锅炉正常运行时，炉膛负压应保持在20-30Pa[2]。如果燃烧风机给风量偏大，会造成炉膛内空气富余，降低锅炉热效率，造成烟气中含尘量和氧含量的增加。所以要使用先进燃烧控制系统，实现锅炉负荷与燃烧机配风量的精确控制。

3.1.2 减少锅炉在低负荷区间运行

按规范要求，锅炉在进行烟尘排放浓度测试时，锅炉负荷必须在70%以上才能进行。锅炉在低负荷区间运行，会出现有效燃烧面积不够，造成大量空气进入炉膛而未能被充分利用，使烟气中氧含量增加，同时造成烟气量增大，锅炉运行效率降低，污染物排放增多。

3.1.3 避免锅炉系统漏风和多台锅炉共用一台烟囱及烟气在线分析仪

锅炉系统漏风主要包括设备和烟道漏风，根据锅炉运行经验，漏风主要发生在火焰观察孔，引风机挡板、鼓风机挡板关闭不严，烟道损坏等情况，多余的空气进入烟气中，由于烟囱的抽力，在负压的作用下，大量的空气进入烟道，会造成烟气中氧含量偏高。另外，若几台锅炉共用一个烟囱和烟气在线分析仪，在锅炉切换、检修等情况下，也会有大量空气从未运行的锅炉和烟道进入烟囱，造成烟气氧含量测量偏高。

3.2 降低烟气中氮氧化物实际排放浓度，是燃气锅炉大气污染物达标排放的根本

燃气锅炉使用的燃料为天然气，排放的烟气中颗粒物和二氧化硫浓度较低，在合理组织燃烧的情况下上述指标很容易实现达标排放，经常超排的污染物指标是NOX的浓度。

燃烧理论将NOX的生成分为快速型NOX、热力型NOX和和燃料型NOX，其中燃气锅炉生成的氮氧化物中除了少量的快速型NOX，95%属于热力型NOX。要降低燃气锅炉氮氧化物排放量，主要就是降低热力型NOX的生成，主要途径就是降低燃料周围的氧浓度以及燃烧温度。目前国内外应用较广泛的主要包括分级燃烧技术、烟气再循环技术及低氮燃烧器技术。

3.2.1 分级燃烧技术

分级燃烧即将燃烧过程分为三个区域：主燃区、再燃还原区及完全燃烧区。在主燃区送入大部分燃料，主燃烧区的上部(火焰的下游)喷入二次燃料进行再燃烧并形成还原性气氛，在高温和还原性气氛下产生碳氢基团，将主燃烧区生成的NOx还原成分子N2 及中间产物等基团，在完全燃烧区送入燃烧所需其余空气，完成燃尽过程。据统计，采用分级燃烧技术一般可减少50%-70%的NOX排放。

3.2.2 烟气再循环技术

烟气再循环技术是把一部分炉膛尾气返回配风系统，从而降低燃烧温度和氧浓度，达到降低NOX生产量的目的。烟气再循环技术分为烟气内循环技术和烟气外循环技术，目前低氮改造使用较多的是烟气外循环技术，即从锅炉尾部烟气出口抽取烟气，加入到二次风或一次风内，再通过燃烧风机或再循环风机送入炉膛。烟气再循环的效果与再循环烟气量有关，但再循环量不能太大，否则炉温降低太多，燃烧不稳定。据统计，当烟气再循环率在10%～15%时，可降低燃气锅炉NOX排放浓度约40%[3]。

3.2.3 低氮燃烧器技术

低氮燃烧器是通过特殊设计燃烧器结构，使燃料与空气分段燃烧，尽可能降低点火区的温度和氧浓度，在保证燃料着火和燃烧的同时能有效地抑制NOX的生成。采用低氮燃烧器技术，火焰长度和直径较传统燃烧器增大，因此使用低氮燃烧器技术要注意锅炉燃烧室尺寸与新燃烧器火焰匹配。

4 结语

在日趋严格的环保形势下，实现燃气锅炉大气污染物达标排放极其重要。燃气锅炉使用单位可以通过改造燃烧控制系统实现精确配风，减少锅炉在低负荷区间运行，避免锅炉系统漏风，实现一台锅炉使用一台烟囱及在线分析仪等方式控制烟气中氧含量实测浓度，再结合锅炉配置情况，采用烟气再循环技术加低氮燃烧器技术对锅炉系统进行改造，控制烟气中氮氧化物实际排放浓度，完全能够实现燃气锅炉大气污染物的达标排放。