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烟气检测中的氧气超标问题探讨
文献:《砖 家》2014年8月 总第13期 返回索引
添加日期:2014/8/28 15:07:53   浏览次数:3251   文章来源:中国砖瓦工业烧结技术信息中心    作者: 邵三虎

在烧结砖厂窑炉安装脱硫除尘设备的时候,经常会有人这样认为:在环保监测部门来检测的时候,可以把窑后面的倒闸提开或在烟道上开一个通风孔,掺进去一部分冷风,稀释烟气,就会使烟气中的二氧化硫浓度降低。这个问题不仅一些砖厂的老板有此看法,还有一些专业知识不足的脱硫设备厂家也会给砖厂老板提出这样的建议。事情真的是这样吗?答案是否定的。倒闸提开,稀释排放,不仅无助于检测结果中二氧化硫浓度的降低,还有可能使原本可以合格的烟气检测结果变得不合格。

新发布的GB29620-2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》中4.7条是这样规定的:基准过量空气系数为1.7,实测的大气污染物排放浓度应换算为基准过量空气系数排放浓度。生产设施应采取合理的通风措施,不得故意稀释排放。也就是说,不论你在烟气中掺加了多少空气,使得检测得到的实际二氧化硫浓度多么的低,其检测数据必须折算成空气过量系数为1.7时的排放浓度。

那么,检测仪器是如何来识别烟气的稀释情况呢?答案就是测定烟气中的含氧量。大家知道,空气中的氧气参与了燃烧过程后,烟气中的氧含量会下降,随着烟气中空气掺入量的增大,烟气中的氧含量也会随之增大。新国标中规定的过量空气系数为1.7,对一般砖厂所使用的燃煤而言,其烟气中的氧含量对应大约为8.65%。如果烟气测定时的氧含量大于此数据时,应折算成氧含量为8.65%时的烟气含硫量。折算方法是:

标准二氧化硫含量 = 工况二氧化硫含量 × 折算系数;

标准颗粒物含量 = 工况颗粒物含量 × 折算系数;

           标准空气含氧量(21%)

折算系数= ――――――――――――――――――――――  ÷ 标准空气过量系数(1.7);

       标准空气含氧量(21%)- 实测烟气含氧量(X %)

例如:某砖厂测得的工况二氧化硫含量为50mg/m3,烟气含氧量为19.5%,则折算系数=21%/(21%-19.5%)/ 1.7 = 8.235。折算后的烟气二氧化硫含量为50×8.235=411.8 mg/m3;如果同样测定的工况二氧化硫含量为50 mg/m3,,而烟气含氧量为16%,则折算系数则计算为2.47,折算后的二氧化硫含量为50×2.47=123.5 mg/m3。检测结果是否合格,不是以工况二氧化硫含量为准,而是以折算为标准状态下的二氧化硫含量为准。所以,烟气稀释以后,检测仪器会以测定的氧含量为依据,自动折算成标准状态下的二氧化硫含量。

也就是说,在检测时,如果把倒闸提开,掺入窑尾的空气,进入脱硫设备的不仅是烟气,还有空气,也就是经过稀释了的烟气。二氧化硫的工况浓度是低了,但烟气中的氧含量高了,折算后的二氧化硫的标态含量应该是一样的。为什么说提倒闸后会使本来可能合格的检测结果变得不合格呢?此处有一个重要的原因,就是因为窑尾空气的掺入,会使脱硫设备的烟气处理量增大,液气比减小,烟气温度降低。还可能使脱硫设备内的烟气流速超过规定值,气液混合时间减短,这些因素均会导致脱硫设备效率降低。风速增大以后,除雾器的除雾效果也会下降,致使排放烟气的夹带水量会增大。水中的结晶物和颗粒物会增大检测滤筒的重量,使颗粒物的检测结果超标。《标准》中的两个主要检测数据都会因此而增大。所以在检测时提倒闸,掺空气的作法是不可取的。在操作中需要封堵一切可能漏风的地方,确保降低烟气中的含氧量不致过高。

即便如此,实践中还经常会出现在检测时含氧量超标的问题。许多砖厂老板向反映,说环保局来检测时说检测结果是氧气超标,无法取得检测结果。所有可能漏风的地方都作了封堵,可是含氧量仍然超标,这又是怎么回事呢?

因砖厂窑炉的特殊性,供给到窑里的氧气,不仅要保证燃煤的氧化需要,还要保证从砖坯变成红砖时化学反应所需的氧气。其过量空气系数本身就比一般的燃煤锅炉要高。在砖瓦窑炉的设计规范里,风机选型计算时,轮窑一般取空气过量系数为3 ~ 6,隧道窑一般取5 ~8。而目前出现含氧量超标情况的都是需要抽取窑尾余热去烘干砖坯的隧道窑,或者是抽取余热送入小断面隧道式干燥室的轮窑。这种窑一般在冷却带设有余热闸,抽取窑尾的余热,为了加强余热利用的效率并且不影响焙烧进度,在窑尾处还设有增压风机。这种窑通过干燥室后再排出的就不仅仅是窑炉焙烧产生的烟气,而是高温烟气,低温烟气,窑尾余热的混合废气。如果把它作为烟气来检测的话,其空气过量系数则很高。一般检测得到的数据,空气过量系数达20以上甚至更高。为了检测过关,砖厂一般都采用降低余热风闸,减少送入干燥室内余热的办法来降低废气中的含氧量,以求检测达标。这方法对一些只作现场短时间检测是有效的,但标准要求必须是在窑炉正常焙烧情况下,每隔一定时段,连续监测。在这种情况下,如果还采用此方法,就会造成焙烧进度缓慢,甚至倒坯塌车的情况。

笔者在山西某厂的轮窑配小断面干燥室的尾气处理中就碰到过这样的问题。该厂烟气的工况含硫量只有18 mg/m3,而烟气中的氧含量达21%,计算公式中的分母为0,无法得出检测结果。后来经过封堵漏气处后,勉强得到结果,氧含量还是高达20.6%,计算后的折算系数为30。尽管烟气的工况含硫量只有18 mg/m3,人把头伸到烟囱里都没有呛的感觉,(注:我们曾对过滤嘴香烟作过测试,一般人抽的香烟经过滤嘴过滤后,抽到嘴里面的烟气其二氧化硫含量约为12~14PPM,换算后应为34~40 mg/m3)。但折算下来的标准二氧化硫含量高达540 mg/m3。在这种情况下,如果检测出来的工况二氧化硫含量超过13 mg/m3,颗粒物只要高于3.3 mg/m3,那么折算后的结果就会超过标准规定的二氧化硫400 mg/m3,颗粒物100 mg/m3的规定。如果按照2014年新建企业的标准执行的话,那么只要工况颗粒物超过1 mg/m3,二氧化硫含量超过10 mg/m3,你的检测结果就不会达标。

实际上,砖厂送往干燥室的高温烟气和窑尾余热空气的总量如果在窑不漏风的情况下,过量空气系数应该在10以上就可以满足干燥要求。但是因操作技术,干燥知识等方面的原因,很多砖厂在风机选型上采取了宁大勿小的心态,加之干燥室的门、窑车接缝、抽风口、排潮风道等各环节漏风,很可能使进入脱硫除尘器中的过量空气系数达到20以上。所以,在检测时,应尽量封堵一切可能漏风的环节,控制空气过量系数在窑炉正常运行的情况下达到15以下是可能的。

过去我们在考察国外的砖厂工艺的时候,发现国外无论轮窑还是隧道窑,其烟热大多数不是用来直接干燥砖坯的,而是把烟气送进一个热交换器。窑炉焙烧产生的烟气通过换热器后送入烟气净化器内净化后达标排放。而经过换热器换取的干净热空气则被送去干燥砖坯。当时国内的专家们对窑炉烟气要经过一个换热器换取热量的方法感到不理解,认为经过换热后热量利用率会下降,是对能源的浪费。而今天看来,我们的窑炉专家是否应该考虑在新隧道窑设计时设置烟气换热器的问题了。