锅炉烟气污染的节能环保措施研究

江海涛，付春霞

（四川省核工业辐射测试防护院（四川省核应急技术支持中心），四川 成都 610052）

近年来，关于供热锅炉烟气污染等方面的研究有很多课题，主要是因为烟气不仅带来了严重的空气环境污染，还影响了周边居民的正常生产生活。而在供热锅炉运行期间，如果燃料未得到充分燃烧，不仅造成了燃料的极大浪费，也难以得到有效利用。除此以外，烟气还会直接影响燃料的燃烧质量，从而导致锅炉出现不同程度的问题，这不仅造成了巨大的能源损耗和严重的生态环境污染问题，还不利于社会的和谐稳定和长久健康的可持续发展，同时，也会对供热锅炉的综合使用和综合效益造成一定制约。因此，对于供热锅炉烟气污染的原因及相关处理措施研究是极具重要意义的。

1 锅炉烟气污染中包含的污染物

1.1 烟尘

烟尘是一种极其细微的黑色颗粒物，大多是由燃料燃烧不充分产生的，而锅炉烟气是空气烟尘的重要源头之一。通常，烟尘的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙和未经燃烧的炭微粒等。在环境污染中，由于大气污染物的种类繁多，因此，常见的烟尘有黑烟、红烟、黄烟和灰烟，且不同颜色的烟尘其组成和来源也各不相同，按形态概括起来可分为两类，即颗粒状污染物和有害气体。因此，烟尘中会含有大量的未燃烧细微颗粒，这些颗粒经热气传至大气中，会长期漂浮在空气中并逐渐积累，不仅阻碍了正常的社会发展，还形成了难以改善的空气污染状况，且其极易吸附金属元素。当人体吸入时，会同人体内部的血液和器官相结合，从而引发人体中毒，因此，我国根据基本国情制定了严格的大气排放的相关标准，以此来控制污染物的排放。

1.2 SO2

该物质作为常见的气态物质，不但对人的呼吸道有强烈的刺激性，还会对植物产生漂白的斑点、抑制生长、损害叶片和降低产量的负面影响。其影响范围之大，危害程度之深是难以估量的，因此，国家十分重视此种物质的排放量，但总量仍居高不下。通常情况下，SO2无色，但有着较强的刺激性，会严重危害人体健康，可使人体产生一系列的呼吸系统疾病，同时，还能和血液相融合，造成人体全身中毒。如煤炭等相关燃料中就含有较高的硫元素，在实际燃烧过程中，会产生浓度较高的SO2。而当SO2浓度过高时，就会与水相结合而形成酸雨，这会对地表物质形成损伤，严重时还会危害人类生命健康，同时，也会对生态环境造成不可逆的损伤[1]。

1.3 NOx

NOx是氮氧化合物的总称，主要包括NO和NOx等，其中，大气中的NOx主要来源于自然和人为活动的排放。在高温燃烧条件下，氮氧化物主要以NO的形式存在，而氮氧化物的初始排放量约为95%。在日常生活中，NOx是最常见的一种大气污染物，主要包括工厂的排放气，氮肥厂、有机中间体厂、有色及黑色金属冶炼厂的某些生产过程，经统计，每年向大气排放的NOx可达几千万吨。通常情况下，NO会刺人们的激呼吸系统，还能与血红素结合成亚硝基血红素而使人中毒。同样，NOx也能严重刺激人们的呼吸系统，并使血红素硝基化，危害比NO更大，若是人体吸入过多，该物质就会导致高铁血蛋白和肺组织的不可逆损伤，甚至会导致人体毛细血管肺泡壁通透性过强，从而引发水肿。

1.4 CO2

该物质是一种在常温下无色无味无臭的气体。在锅炉燃料燃烧过程中，因燃料的不完全燃烧就会产生对环境有害的气体CO2。且过量的CO2会直接影响大气层，使太阳的辐射没有阻挡物和吸收物，而是直接辐射到地球表面，形成扩散，导致地球温度升高，产生温室效应。根据相关专家预测，若CO2的排放量不断提升，地球的表面温度会在30年左右提升30 ℃左右，两极温度会提升1 ℃，这样就会导致冰川融化，海平面上升，而部分较低的岛屿和沿海城市就会被海水吞没，从而造成难以估量的损失[2]。

2 锅炉烟气污染的原因

2.1 二次风压控制不合理

在锅炉的运行过程中，若想进一步提升锅炉燃料的经济价值和使用效率，必须要根据实际情况进行合理的调整和改进。因此，可通过控制二次风压来确保炉内的燃烧情况，从而有效避免燃料浪费和严重污染等问题出现。在实际使用过程中，绝大部分的锅炉均会产生不同程度的污染等问题，这主要是因为二次风压的控制不合理、不科学所导致的，而炉膛内部的污染大多是因空气系数所导致的，还有排烟温度提升所引发的一系列问题。

2.2 煤料水分过高

在锅炉实际的运行过程中，若使用的燃料水分过高，就会导致燃料燃烧不充分，尤其是当锅炉内的一部水分过高时，会产生高温蒸汽，这时水汽和烟气就会混合发生化学反应，从而造成炉内部排烟污染的发生。同时，燃料水分也会对内部排烟温度产生直接影响，甚至会形成酸性物质，这对于锅炉自身有着致命的损伤和腐蚀，会直接影响锅炉的正常使用寿命。

2.3 煤料的质量问题

在使用过程中要对锅炉进行检查，同时也要对煤炭自身的质量进行定期管控和抽检，以确保锅炉使用的燃料是高质量、高品质的。

3 锅炉烟气污染的节能环保原理及影响因素

3.1 锅炉烟气污染的节能环保原理

工业锅炉的节能性和稳定性是同锅炉自身的设计和模式、以及控制有着紧密关联，而提升锅炉的热效率就在于锅炉自身的设计和运行，这些都是关键性的指标。因此，相关部门要时刻注重锅炉的热效率，并根据实际情况进行改造，以确保其工作的稳定性、持久性、高效性。通常情况下，锅炉的热效率会受到多方因素的综合影响，如燃料燃烧不充分、锅炉内部温度较低、燃料含水量过高等，均会影响锅炉的热效率转化[3]。同时，由于内部燃烧不充分等多种因素产生的空气污染问题，已严重威胁到人们的生命和安全，所以，相关人员要根据实际情况，有针对性进行分析和研发治理方式，争取在源头上解决污染问题。

3.2 锅炉节能环保的影响因素

3.2.1 锅炉热效率

对于衡量锅炉性能最重要一点就是热效率指标，因此，要通过多种途径不断地提升锅炉内部的热量转化效率，实现锅炉的热能提升。而锅炉作为重要的能源转化设备，在节能环保过程中是重要的影响因素，主要是由于其综合性能可通过热效率指标反映，而对于锅炉内部热效率的利用有着重要的意义和价值。但在实际生产过程中，有诸多因素会影响锅炉的热效率。例如，操作人员的不规范操作和不合理燃料的投入，以及锅炉的设计不科学、不合理，过载运行和日常检修保养不及时等，都会造成锅炉耗能的增加和效率的下降，同时也会产生不稳定现象，造成能源的浪费。

3.2.2 锅炉炉渣含碳量

锅炉炉渣的含碳量是指供热锅炉是否科学合理的运行和节能的重要指标。通常，供热锅炉的高碳含量炉渣大多是因为煤炭未能充分燃烧所造成的，如煤炭湿度过大，颗粒较大，以及温度较低，均会不同程度地影响煤炭的正常燃烧效率。例如，若煤炭过湿，其中所含的水分子就会影响到煤炭的正常燃烧效率，从而影响热量的散发，甚至会导致煤炭仅在表面燃烧，未能充分达到深层燃烧，造成资源浪费，这非常不利于环保。因此，要加强对煤炭质量的管控，尽量使煤炭颗粒得到充分燃烧，以降低炉渣内部的含碳量，提高实际的运行效率。此外，若炉膛内部温度过低，既不利于煤炭的充分燃烧，又会影响正常的运行效率，同样会造成能源的浪费。需要注意的是，若参数设置不合理、不科学，就会影响氧气的注入量，从而会造成温度不达标，因此，要随时调整炉内参数，降低炉渣内部的含碳量[4]。

3.2.3 锅炉排烟的温度

在锅炉的实际运行过程中，之所以会产生排烟热损，主要原因是在于排烟温度较高，因此，就会导致热量的损失和流出。所以，一定要加强对锅炉排烟温度的实施管控，要使锅炉的排烟温度处于合理范围之内，同时，还要不断的降低燃烧中心的温度。如果排烟温度过低，就要适当增加尾部的受热面积，这时就需要耗费能源来维持此项工作，也因此会相应提高运行成本。但若是炉内温度过高，就会形成较大的通风阻力，此时要应用引风机进行引风，电能就会增加，导致功能消耗过大。对此，为了有效达到节能减排的目的，避免资源浪费，要利用科学技术加大对温度的管控，且经过系统核算，要确保各方面的要素都得到合理分配，从而使尾部受热面积和排烟热损在管控范围之内，以此提高锅炉的使用寿命，降低能源损耗。

4 锅炉烟气污染的节能环保措施

4.1 调整二次风压

在锅炉实际运行的过程中，通过适当调控二次风压，可有效提升锅炉的整体运行效率。若二次风压在不合理不科学的状态下，会降低燃料的燃烧效率，从而会导致排烟温度上升，长此以往，会极大的损伤锅炉，缩短锅炉的正常使用寿命。因此，在实际运行期间，要严格地对其进行风压管控。通过科学研究分析，二次风压不达标所引起的核心原因在于风机自身，所以，要想在真正调整风压变化，就要从引风机入手，可通过更换引风机来提升风压，使炉内的氧气含量迅速提升，并将二次风压从以往的5 KPA提高到9 KPA，从而有效提升二次风压的穿透力，提升燃烧效率，降低锅炉内的燃烧中心温度，切实保障炉膛内部的燃烧时间，同时，也降低排烟温度，提升运行效率，延长锅炉的正常使用寿命。

4.2 掺配燃料

在实际的生产使用过程中，将燃料送入锅炉内部之前，可加入其他的辅助燃料，保障燃料的正常燃烧，主要是为了预防水分子过高导致的燃烧不充分和燃烧效率受阻。而在实际生产期间，要确保平均热值在2 000大卡以上，以确保燃料的稳定性和床温始终保持恒定，同时，也要保障排烟的温度在管控范围之内。但在合理搭配燃料时，一定要确保各类配料的比例，例如，可以将高热值和低热值燃料进行参配；高水分的燃料和低水分燃料进行掺配，以上掺配方式可以更好地提升炉膛内燃料燃烧的效率，从而有效改善锅炉烟气的污染问题，降低排烟中所携带的烟尘，保障锅炉正常运行。此外，在投入燃料期间，还可以通过降低燃料的含泥量，按照相关比例进行适当的调配，以提升受热面积，改善传导效力。

4.3 控制煤料的质量问题

锅炉的燃烧质量不合理、不科学，是排烟温度较高的核心原因所在。因此，在对锅炉进行改进期间，要注重排烟温度变化，同时，更要高度重视燃料质量的管控等相关问题。首先要严格控制燃煤自身的含水量，若燃料自身的含水量超过35%，锅炉在燃烧过程中就会受到水分子的影响，进而降低燃料的燃烧性能，也会直接影响到火焰的燃烧温度。甚至还会出现燃烧不充分的现象，导致杂物灰尘混进烟雾中，使锅炉内部的烟炉排烟温度提升，这样既造成了空气污染和二次燃烧，又影响了锅炉的正常使用效率。因此，从总体上来讲，要严格控制燃料的含水量，可通过适当的措施和处理，以此有效降低烟炉排烟温度。

4.4 改善锅炉设计质量

要想真正改善锅炉烟气的污染问题，就要根据实际情况进行改善，尤其是对于锅炉的受热面的合理设计。在设计期间，要不断地对其燃烧的实际效率进行计算，明确炉膛的内部结构和相关尺寸，实现最优容量和最优受热面的负荷量，再结合炉膛内部容积热负荷和出口烟气温度等相关数据进行综合性分析，以此来设计锅炉的实际尺寸，但要严格按照相关数据进行选取。这样能在最大程度上提升吹灰蒸汽压力，既达到了最理想的使用效果，也能在最大程度上降低排烟温度，由此可以看出，通过改变吹灰方式，能最大程度地保障锅炉的正常运行效率，并使其实际价值得以充分发挥[5]。

以袋式除尘方法为例，袋式除尘是目前较为有效的除尘方法，可以不受操作人员的经验限制，能降低因仪器损坏而导致除尘器无法正确启动的发生概率，可最大化地降低系统故障率，提高清灰系统的工作效率。但相关技术人员还是有必要通过深入研究国内烟灰型环境污染的特殊性，进一步深入开展对袋式除尘科学技术上的研究与革新，从而使该技术更加完善，满足市场条件。

当前，在锅炉设备正常工作的状况下，袋式除尘工艺的总体设计技术水平、滤料等零件生产技术及其经济承受方面，已基本符合现代锅炉设备烟气除尘工艺技术的发展需要。

4.5 优化锅炉鼓风机和调节系统

为进一步提升锅炉在运行环节中的环保作业，重点在于要科学合理地使用锅炉鼓风机和调节系统，从而提升锅炉的运行效率。通常情况下，锅炉鼓风机是通过变频技术调速来实现低电能损耗的。而风量控制是人们利用挡风板的开度大小，来调节风量，但这种方式未能在真正意义上起到节电的作用。因此，近年来，随着科学技术的进步和调频技术的日趋成熟，相关技术人员开始使用变频器来调节电源的频率，从而提升鼓风机的转速，且在不同时间内进行调整，以达到合理的风量，实现节能的目的。此外，由于在整个供暖期内，锅炉一直处于长时间满负荷运行，所以，借助变频调速可明显降低电能。因此，要高度重视供暖锅炉的节能方式，要最大限度地降低燃料能源的浪费，从而不断提升锅炉的使用效率，实现供暖锅炉运行的经济效益与社会效益的可持续发展。

4.6 创新供热锅炉节能环保技术

在供热锅炉的实际运行中，所采用的燃烧技术主要是将大块的煤炭进行研磨，再结合空气将煤粉洒在炉膛中，使其燃烧。由于粉末状颗粒直径非常小，会在短时间内迅速燃烧。因此，采用这种燃烧技术，可以达到一定的燃烧效果，且在燃烧中产生的污染物也符合国家相关政策和制度要求。随着科学技术的进步，在我国最新研发的节能型燃烧技术中，循环流化技术的效果是最为明显，这种方法主要是将块状煤炭进行粉状颗粒磨碎，然后在进行排风时，将粉状颗粒转化为粉末状，使其在供热锅炉中自燃；并且，在锅炉中设置分离器，使混在烟雾中的未燃烧颗粒回炉进行第二次燃烧，从而反复利用，以此提高燃烧效率。经过多次的循环燃烧，可以使燃料在锅炉内部全方位的燃烧，从而有效提升了锅炉的使用效率和燃料的燃烧速。

5 结语

综上所述，供热锅炉在实际运行期间会出现烟气污染等现象，这一问题会直接影响到锅炉的正常使用效率，降低燃料的使用价值。经相关研究显示，造成锅炉烟气污染的原因较多，但主要是因为炉膛内部的火焰燃烧不充分，过剩空气系数所导致的受热面结垢所造成的。因此，在降低锅炉温度期间，一定要综合考虑多方面的影响因素，还要重视锅炉的整体设计和燃料自身质量等相关问题，从而切实提高供热锅炉的实际使用效益以及综合经济价值。