工業(yè)鍋爐設(shè)計中的環(huán)保問題

燕曉艷

山東省特種設(shè)備檢驗研究院東營分院，山東東營 257000

工業(yè)原材料在冶煉、加工或成品的制造過程中，為實現(xiàn)預(yù)期的物理變化所需要的加熱裝置，統(tǒng)稱為工業(yè)爐。作為一種重要的熱工設(shè)備，工業(yè)爐幾乎存在于各個行業(yè)。如果設(shè)計中輕視燃燒污染的話，環(huán)境質(zhì)量將加速惡化。因此，在設(shè)計過程中必須使污染物排放符合國家標準，并力求進一步降低污染物的排放濃度。

1 降低燃耗

降低燃耗的方法是提高燃料利用率，以達到節(jié)能和環(huán)保的目地。

1）在設(shè)計過程中，爐膛容積應(yīng)保證燃料的充分燃燒和被爐氣所充滿，有利于向料坯的傳熱。它隨燃料種類、燃燒方式、燃燒器的布置及熱負荷的不同而有所差異。不同的燃料產(chǎn)生的單位熱量所具有的廢氣體積是不同的，因而所需的燃燒空間大小是不一樣的。一般發(fā)熱值越高，廢氣體積相應(yīng)越?。▽嶋H消耗燃料及空氣少）。在爐膛內(nèi)的熱量相同的條件下所流過的廢氣量是不相同的。所以，在決定爐膛尺寸時必須考慮這個特點。同時，在確定燃燒空間大小時，還要考慮到在什么空間內(nèi)要求燃料燃燒完全的問題。在設(shè)計的過程中計算所得的爐高數(shù)值是設(shè)計爐膛高度的依據(jù)之一。但在最后確定高度時，必須綜合地考慮到爐膛高度應(yīng)保證在燃燒裝置安放得下、爐內(nèi)氣體流動和傳熱狀況維持正常的前提下，盡量不使爐膛過高。同時要注意使整個爐膛內(nèi)充滿爐氣并能滿足組織火焰的要求；

2）爐底結(jié)構(gòu)應(yīng)能使物料下表面由爐內(nèi)冷卻水管滑道造成的“黑印”盡量減輕、消除。工業(yè)的爐的爐底承受加熱件的重量、裝出料時的碰撞和摩擦、氧化鐵皮的侵蝕以及旋轉(zhuǎn)過程溫度的反復(fù)變化，因此，要求爐底上層的耐火材料具有抗高溫，耐急冷急熱、耐磨、不與氧化鐵皮起化學(xué)反應(yīng)等性能。需將設(shè)計所得的參數(shù)，包括整個爐底的重量、推鋼機的推程、步距、上下行程等作為設(shè)計爐底機械的原始數(shù)據(jù)。

2 高煙囪排放

煙囪是最常用的一種排煙裝置，爐內(nèi)煙氣通過煙道、依靠煙囪排入大氣。排煙方式分為自然排煙與機械排煙兩類。煙囪必須有獨立的基礎(chǔ)，不能與煙道基礎(chǔ)相連，以免煙囪下沉?xí)r煙基礎(chǔ)斷裂。煙囪底部應(yīng)設(shè)計人孔，以備燒烤煙囪、扒灰和修理內(nèi)襯之用。在煙囪設(shè)計的過程中根據(jù)煙囪的計算所得的高度下的排放濃度與允許排放濃度作比較，確定采用的煙囪高度，并按煙囪系列尺寸選用煙囪直徑和高度。通過設(shè)計雖然不降低排放物的絕對數(shù)量，但可降低有害物質(zhì)的著地濃度，煙囪越高，著地濃度低。 這是一種局部解決的方法，國為煙氣中的SOx 被大氣稀釋，所以落到地面時濃度已很稀，無害于為類及動植物的生存。但它并不能從根本上消除 SO2和減輕對大氣的總污染，僅僅起到緩和污染的作用。

3 燃料的選用和改質(zhì)

燃料種類不同，產(chǎn)生的煙塵情況也不同。氫燃燒時產(chǎn)生的透明火焰，幾乎不產(chǎn)生炭黑；甲醇燃燒時也沒有炭黑產(chǎn)生。對碳氫化合物燃料來講，C/H越大，產(chǎn)生的炭黑數(shù)量就越多；碳原子數(shù)愈多，就越容易產(chǎn)生炭黑，液體燃料的殘?zhí)己坑?，產(chǎn)生的煙塵越大。與輕質(zhì)油相比，重油的碳原子數(shù)大，C/H也大，燃燒時產(chǎn)生的煙塵量要比輕質(zhì)油多。固體燃料在不完全燃燒時同樣產(chǎn)生炭黑，揮發(fā)他多的比揮發(fā)分少的煤，其碳黑的生成量要多得多。但是，煤燃燒產(chǎn)生的煙塵主要是以飛灰形式出現(xiàn)。

1）燃料中含有的硫在燃燒時產(chǎn)生 SO2，在氧化條件下，SO2能被氧化成 SO3，再與水汽相遇便生成 H2SO4，具有很強的腐蝕性。SO2除直接危害人體健康外，對環(huán)境的危害是以酸雨的形式出現(xiàn)的。因此在選用燃料時采用低硫或不含硫燃料，或通過洗煤等措施降低煤中的含硫量。再就是從燃料燃燒的過程中脫硫，三是采用煙氣脫硫技術(shù)。目前，煙氣脫硫是一個主要的SO2控制方法，它將煙道廢氣中SO2成分脫除或回收硫，從而使煙氣中SO2的污染大降低；

2）大氣中的NOx主要來源于燃料的燃燒過程。NOx吸收并散射光線，在空氣中與光化學(xué)氧化劑、顆粒物以及日光發(fā)生一系列的復(fù)雜的反應(yīng)而形成光化學(xué)煙霧，不僅降低能見度，而且對人體的健康有很大危害。防治NOx的方法有兩種，一是通過燃燒技術(shù)的改進來抵制 的生成；二是從煙氣將NOx除去，即煙氣脫除NOx。此外，還可采用高煙囪稀釋法。這雖沒有減少向大氣的排放量，但對減輕局部地區(qū)的污染是有效的。

4 燃燒治理

燃燒操作條件的影響比較復(fù)雜，涉及的因素較多，這里介紹三個因素：空氣燃燒比、燃燒溫度及燃燒時間。空氣燃料比增加，表示空氣量增多，燃燒完全，排煙中的煙塵濃度會下降。一般而言，煙氣出口濃度降低，煙塵濃度將增大。提高燃燒溫度和延長在高溫區(qū)的停留時間，都會使煙塵量下降。因為燃燒所產(chǎn)生的炭黑、油灰和飛灰可燃物質(zhì)都是固體物質(zhì)，其燃燒速度決定于氧化劑擴散到固體表面上的擴散速率，以及表面上的反應(yīng)速率。高溫時，對炭黑和小粒徑的油灰及飛灰的燃燒速率，化學(xué)反應(yīng)速率是主要影響因素。對大粒徑的顆粒，擴散速率的影響就不能忽視。

5 排煙治理

在燃料燃燒的過程中，會發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化。并有可能形成大小不一的細微碳粒。這些微小碳粒以流態(tài)形式存在氣體之中，往往不易燒盡，在煙囪出口會出現(xiàn)黑的濃煙，污染環(huán)境。

燃料中的灰分也有部分由燃燒生成煙氣帶入煙囪排放到大氣中，煤粉燃燒時由為嚴重。這些以氣體漂浮的灰分以顆粒狀存在，是煙氣中灰塵的主要來源。為了減輕煙囪排出煙氣中有害物質(zhì)對環(huán)境的污染，應(yīng)該改進燃燒技術(shù)，創(chuàng)造良好的燃燒條件，保證燃料的完全燃燒。當煙氣的含塵量高于排放標準的規(guī)定時可考慮在煙道中設(shè)置除塵裝置。各種除塵裝置都有其效果最佳的工況條件，不符合這些條件時，除塵效率將大為降低。當采用強制排煙時，除塵裝置要安裝在排煙機之前，這樣可以減少或避免煙氣中粉塵對排煙機的磨損，而且含塵煙氣處在負壓條件下，不會產(chǎn)生粉塵飛出的問題。為使輸送含塵氣流至除塵器的管道內(nèi)不產(chǎn)生積灰,保證除塵系統(tǒng)的正常工作，要求水平管段內(nèi)的流速在10m/s～12m/s以上。

當我們沉醉于取得的工業(yè)成就時，也日益感到這些工業(yè)成就的代價是環(huán)境污染不斷加深。這讓我們也感受到了環(huán)境保護的緊迫性。而一座設(shè)計合理環(huán)保的工業(yè)爐，再加上我們的操作人員的精心管理，定能創(chuàng)造出良好的技術(shù)經(jīng)濟指標。

[1]夏喜英.鍋爐與鍋爐房設(shè)備[M].中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]徐生榮.鍋爐原理與設(shè)備[M].中國水利水電出版，2009.