工業過程中鍋爐污染氣體排放的監測與分析
來源：湖北銳意自控系統有限公司 閱讀(du)：13662 更新時間：2018-05-08 12:04工業生產(chan)中工業鍋(guo)爐(lu)是(shi)重要(yao)的(de)生產(chan)設備，主要(yao)分為(wei)燃(ran)(ran)煤(mei)鍋(guo)爐(lu)、燃(ran)(ran)油(you)(you)鍋(guo)爐(lu)和燃(ran)(ran)氣鍋(guo)爐(lu)。目(mu)前國內在用(yong)的(de)工業鍋(guo)爐(lu)數量(liang)和規模龐大，受能源供應(ying)的(de)影響，主要(yao)以(yi)煤(mei)炭(tan)、重油(you)(you)、煤(mei)油(you)(you)等為(wei)主，柴(chai)油(you)(you)、天然氣、液(ye)化(hua)石油(you)(you)氣應(ying)用(yong)比例(li)相對較小(xiao)。而煤(mei)炭(tan)等燃(ran)(ran)料燃(ran)(ran)燒(shao)產(chan)生的(de)污染是(shi)非常(chang)嚴重的(de)，因為(wei)其燃(ran)(ran)燒(shao)產(chan)生的(de)煙氣中的(de)主要(yao)成分為(wei)二氧化(hua)硫(liu)、氮氧化(hua)物、煙塵。
控制鍋爐污染氣(qi)體的(de)排(pai)放，降低煙氣(qi)中(zhong)二氧(yang)化硫(liu)、氮(dan)氧(yang)化物、煙塵的(de)含量(liang)是(shi)直接途徑，也是(shi)工業(ye)企業(ye)降本增(zeng)效、發展綠色經濟(ji)的(de)重要舉措。
一、鍋爐燃燒中煙氣污(wu)染(ran)成分的形成因素
1、二氧化硫
燃料中(zhong)(zhong)(zhong)以(yi)有機硫(liu)和(he)黃鐵礦硫(liu)的形(xing)(xing)式存在(zai)(zai)(zai)的硫(liu)在(zai)(zai)(zai)燃燒(shao)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)全部參加(jia)反應，氧(yang)(yang)化(hua)(hua)為二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫(liu)，而硫(liu)酸鹽則不參與(yu)燃燒(shao)。液體(ti)燃料中(zhong)(zhong)(zhong)的硫(liu)主要以(yi)游離硫(liu)、硫(liu)化(hua)(hua)氫等的形(xing)(xing)式存在(zai)(zai)(zai)，在(zai)(zai)(zai)燃料燃燒(shao)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)很容易(yi)與(yu)氧(yang)(yang)作用轉化(hua)(hua)為二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫(liu)；氣體(ti)燃料中(zhong)(zhong)(zhong)的硫(liu)主要以(yi)氣態硫(liu)化(hua)(hua)氫的形(xing)(xing)式存在(zai)(zai)(zai)，在(zai)(zai)(zai)燃燒(shao)過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)幾(ji)乎全部轉化(hua)(hua)為為二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫(liu)，因此二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)硫(liu)測生(sheng)成(cheng)量與(yu)燃料中(zhong)(zhong)(zhong)的含硫(liu)量、鍋爐中(zhong)(zhong)(zhong)的含氧(yang)(yang)量成(cheng)正比。
2、氮氧化物(wu)
在(zai)煤、石油、天然氣(qi)(qi)(qi)等燃料的(de)(de)(de)燃燒過(guo)程中，空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中所含的(de)(de)(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)和(he)氧氣(qi)(qi)(qi)在(zai)鍋爐高溫狀態下反應(ying)生(sheng)成(cheng)(cheng)NO,稱(cheng)為溫度NO;在(zai)燃燒時(shi)氧化(hua)生(sheng)成(cheng)(cheng)NO，稱(cheng)為氧化(hua)NO。由(you)此可得出，鍋爐燃燒時(shi)氮(dan)氧化(hua)物的(de)(de)(de)生(sheng)成(cheng)(cheng)量與燃燒時(shi)鍋爐內的(de)(de)(de)溫度、氧氣(qi)(qi)(qi)濃度等因(yin)素有關。
3、煙(yan)塵(chen)
固(gu)體(ti)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)和液體(ti)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)都(dou)含有一定數量的(de)灰分，灰分本身是(shi)不可(ke)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒的(de)，燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒后成為燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒產(chan)物中的(de)灰渣和煙塵(chen)；燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)中的(de)碳氫化(hua)(hua)合物以(yi)及燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒過程(cheng)中析(xi)出的(de)揮發物，在高(gao)溫(wen)缺(que)氧(yang)情況下形成炭(tan)黑(hei)粒(li)子；液體(ti)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)由于霧化(hua)(hua)不良、爐溫(wen)太低或燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)與空氣(qi)(qi)混合不勻(yun)，燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒時也會形成炭(tan)黑(hei)粒(li)子；即使是(shi)氣(qi)(qi)體(ti)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)在燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒過程(cheng)中，當空氣(qi)(qi)供應不足時，也會因(yin)(yin)熱分解(jie)而產(chan)生炭(tan)黑(hei)粒(li)子。因(yin)(yin)此，影(ying)響煙塵(chen)形成的(de)因(yin)(yin)素主要包括燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)種類、氧(yang)氣(qi)(qi)濃(nong)度(du)與空氣(qi)(qi)過剩(sheng)系數、燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)(liao)粒(li)徑、惰性(xing)氣(qi)(qi)體(ti)、燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒室壓力和燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒溫(wen)度(du)等。
隨(sui)著我國環(huan)保(bao)概念的深(shen)入實踐，為防止區域性(xing)大(da)(da)氣(qi)(qi)進(jin)一步污(wu)染、改善環(huan)境質(zhi)量、降低大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染源的排(pai)放(fang)強度、嚴格地控制排(pai)污(wu)行為，《鍋爐大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染物排(pai)放(fang)標準》（GB-13271 2014）規定了大(da)(da)氣(qi)(qi)污(wu)染區排(pai)放(fang)限制，該限制的控制水平達到(dao)國際先進(jin)或(huo)領先程(cheng)度。
注：位于(yu)廣西壯族(zu)自治區、重慶市、四(si)川省(sheng)和貴州(zhou)省(sheng)的燃煤鍋爐執行表1限值
注：重(zhong)點地區鍋爐執行表3限值
二、監測氧氣濃度是控(kong)制(zhi)鍋爐污染氣體(ti)排放的重要手段
由煙氣(qi)(qi)污染(ran)成分的(de)(de)(de)形成原(yuan)理可以(yi)看出，氧(yang)氣(qi)(qi)是其關(guan)鍵組分。在實際生(sheng)產過(guo)程中，鍋爐使(shi)用(yong)燃料燃燒(shao)(shao)時(shi)，一(yi)般都(dou)會(hui)加入過(guo)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)空氣(qi)(qi)，一(yi)方面，可使(shi)燃料充分燃燒(shao)(shao)，但也(ye)出現(xian)了另一(yi)個問題，排(pai)(pai)氣(qi)(qi)筒排(pai)(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)污染(ran)物濃(nong)度(du)產生(sheng)了“稀(xi)釋”，大(da)大(da)降(jiang)低(di)了排(pai)(pai)放(fang)(fang)濃(nong)度(du)，會(hui)造(zao)成污染(ran)物排(pai)(pai)放(fang)(fang)濃(nong)度(du)“虛假”達標。過(guo)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)空氣(qi)(qi)造(zao)成爐溫下降(jiang)，不但影響(xiang)燃燒(shao)(shao)，還(huan)會(hui)帶走(zou)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)和(he)灰塵，增大(da)污染(ran)排(pai)(pai)放(fang)(fang)濃(nong)度(du)的(de)(de)(de)計算(suan)結果，同時(shi)風量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)大(da)也(ye)增加了排(pai)(pai)煙耗電量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。控(kong)制煙氣(qi)(qi)氧(yang)含量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，對控(kong)制燃燒(shao)(shao)過(guo)程，實現(xian)安全、高效和(he)低(di)污染(ran)排(pai)(pai)放(fang)(fang)是非常重要的(de)(de)(de)。
煙氣(qi)中(zhong)二氧(yang)(yang)化(hua)硫(liu)、氮氧(yang)(yang)化(hua)物的(de)(de)(de)排放濃度(du)，應(ying)根據規(gui)定的(de)(de)(de)過量空氣(qi)系數進行折算，其折算值(zhi)的(de)(de)(de)大小(xiao)取決于煙氣(qi)氧(yang)(yang)含(han)量的(de)(de)(de)實測值(zhi)，所(suo)以在運行中(zhong)控制煙氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量，對(dui)控制污染物最終(zhong)的(de)(de)(de)排放濃度(du)至關重要。通常(chang)采(cai)用煙氣(qi)分析(xi)儀來監測煙氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量，其檢(jian)測氣(qi)體的(de)(de)(de)核心技術是氣(qi)體傳感器，目前(qian)應(ying)用較為廣泛的(de)(de)(de)是電化(hua)學(xue)傳感器。
電(dian)化(hua)學傳(chuan)(chuan)感器由于結(jie)構(gou)簡(jian)單，體(ti)積小巧等優點，大(da)多數煙氣分(fen)析(xi)儀采(cai)用(yong)(yong)該原理的(de)傳(chuan)(chuan)感器用(yong)(yong)于測(ce)量(liang)氧含量(liang)，從而計(ji)算(suan)(suan)出(chu)過量(liang)空氣系(xi)(xi)數等熱工參數。如Gasboard-3000P便攜型綜(zong)合(he)煙氣分(fen)析(xi)儀，采(cai)用(yong)(yong)長壽命的(de)電(dian)化(hua)學傳(chuan)(chuan)感技術(shu)直(zhi)接監測(ce)煙氣中的(de)氧含量(liang)，但由于其(qi)結(jie)合(he)了國(guo)際領先分(fen)非分(fen)光紅外氣體(ti)分(fen)析(xi)技術(shu)，還(huan)可直(zhi)接測(ce)量(liang)SO2、NO、CO、CO2的(de)組分(fen)濃度(du)及煙氣溫度(du)。Gasboard-3000P在測(ce)量(liang)多種氣體(ti)的(de)同時，還(huan)可直(zhi)接計(ji)算(suan)(suan)過量(liang)空氣系(xi)(xi)數。
三、超(chao)低排放標準下(xia)污染(ran)氣體的監測
目前(qian)部(bu)分行業針對(dui)重點地區污染(ran)(ran)氣體的(de)(de)排(pai)放(fang)提(ti)(ti)出了較于上面提(ti)(ti)到的(de)(de)排(pai)放(fang)標(biao)(biao)準更加嚴格(ge)的(de)(de)限制(zhi)，比如《火電廠(chang)大(da)(da)氣污染(ran)(ran)物排(pai)放(fang)標(biao)(biao)準》(GB13223-2011)提(ti)(ti)出的(de)(de)大(da)(da)氣污染(ran)(ran)物排(pai)放(fang)濃度限制(zhi)，詳(xiang)情見表(biao)4：
表4、大氣(qi)污染物特別排放限值，重點地區火力發電(dian)鍋(guo)爐及(ji)燃氣(qi)輪機組適用
面對如此嚴(yan)格(ge)的(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)標(biao)準(zhun)和(he)在線(xian)連續(xu)監(jian)測的(de)(de)(de)需求(qiu)，原來適用(yong)于(yu)高濃度(du)煙(yan)(yan)氣(qi)監(jian)測、便攜型的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)分(fen)析(xi)儀(yi)已(yi)經(jing)很(hen)難準(zhun)確(que)及時(shi)的(de)(de)(de)測量(liang)超(chao)(chao)低(di)排(pai)(pai)放(fang)(fang)條件下(xia)污染氣(qi)體(ti)的(de)(de)(de)濃度(du)。目前(qian)業(ye)內新研發(fa)出一種基于(yu)紫外(wai)差(cha)分(fen)吸收光(guang)譜氣(qi)體(ti)分(fen)析(xi)技術的(de)(de)(de)超(chao)(chao)低(di)量(liang)程的(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)分(fen)析(xi)儀(yi)，如銳意自控研發(fa)生產的(de)(de)(de)Gasboard-3000UV，測量(liang)范圍小于(yu)100mg/m3,滿足國家環保(bao)超(chao)(chao)低(di)排(pai)(pai)放(fang)(fang)標(biao)準(zhun)；其測量(liang)精度(du)高，分(fen)辨(bian)率達(da)到0.1 mg/m3，適用(yong)于(yu)超(chao)(chao)低(di)濃度(du)煙(yan)(yan)氣(qi)認證。可同時(shi)在線(xian)測量(liang)煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)SO2、NO、O2含量(liang)，其中(zhong)煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)氣(qi)態(tai)水對SO2、NO測量(liang)基本無影(ying)響，煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)采(cai)樣流量(liang)對SO2、NO、O2測量(liang)基本無影(ying)響，多組(zu)分(fen)測量(liang)氣(qi)體(ti)間無交叉干(gan)擾，抗(kang)干(gan)擾能力強。可連續(xu)不間斷的(de)(de)(de)在線(xian)對排(pai)(pai)放(fang)(fang)物進行監(jian)督、監(jian)測，隨時(shi)讀取現場數據(ju)并遠程傳送數據(ju)。
超低量程紫外煙氣(qi)分析儀(yi)Gasboard-3000UV內部結構圖
在(zai)實(shi)際(ji)生產(chan)過程中，煙氣(qi)分(fen)(fen)析(xi)儀可(ke)能會出(chu)現無法正常可(ke)持續(xu)投(tou)入使(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)情況(kuang)。主要(yao)原因(yin)是受生產(chan)環(huan)(huan)境復雜性(xing)及煙氣(qi)的(de)(de)不穩定性(xing)的(de)(de)影響，工藝現場環(huan)(huan)境無法滿足(zu)在(zai)線(xian)煙氣(qi)分(fen)(fen)析(xi)儀的(de)(de)運行條件(jian)，樣(yang)(yang)品預處(chu)理不能使(shi)測量樣(yang)(yang)氣(qi)達到(dao)分(fen)(fen)析(xi)儀的(de)(de)要(yao)求。為(wei)應對這種情況(kuang)的(de)(de)發生，衍(yan)生出(chu)如(ru)Gasboard-9050(CEMS)這樣(yang)(yang)的(de)(de)固定污(wu)染源(yuan)煙氣(qi)排放連(lian)續(xu)監測系統，該系統的(de)(de)氣(qi)體(ti)分(fen)(fen)析(xi)單元(yuan)(yuan)采用(yong)(yong)Gasboard-3000UV，用(yong)(yong)于檢測超低排放煙氣(qi)；除此之外，還(huan)同(tong)時擁有預處(chu)理單元(yuan)(yuan)和控制(zhi)單元(yuan)(yuan)；控制(zhi)單元(yuan)(yuan)可(ke)自動完成采樣(yang)(yang)、反吹、排水等操作；預處(chu)理單元(yuan)(yuan)采用(yong)(yong)最新反吹掃技術解(jie)決探頭堵塞問題(ti)，保證分(fen)(fen)析(xi)系統的(de)(de)可(ke)靠性(xing)，置單極制(zhi)冷器去除樣(yang)(yang)氣(qi)中的(de)(de)水分(fen)(fen)，實(shi)現兩級(ji)過濾，確保分(fen)(fen)析(xi)儀長(chang)期在(zai)線(xian)運行。
固定污(wu)染源煙氣排放連續監(jian)測系統易于維護，運行(xing)成本(ben)更低，可(ke)實現遠程監(jian)測，無需人(ren)工值守，極大的降低了企業成本(ben)。
四、結語(yu)
如今，工業過程(cheng)中鍋爐(lu)污染(ran)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)的排(pai)放已(yi)成(cheng)為(wei)大氣(qi)污染(ran)、環境污染(ran)的主要(yao)污染(ran)源，科學環保一直以(yi)來都是國家和企(qi)(qi)業可持(chi)續發展的重要(yao)課題，政(zheng)府在環保上的管(guan)制(zhi)力度日益加大，工業企(qi)(qi)業為(wei)達到污染(ran)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)排(pai)放標準也紛紛用(yong)上了氣(qi)體(ti)(ti)(ti)分析(xi)儀，標志著我國污染(ran)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)治理體(ti)(ti)(ti)系(xi)邁向(xiang)新的臺階(jie)。
