淺談鍋爐煙氣排放系統環保設計的主要參數及計算

劉丕源

摘 要：隨著社會經濟發展水平的提高，人們的環保意識也在不斷提升，為了維護自然環境與人類生存環境，人們開始探索各種可能引起污染的問題。城市發展過程中很多措施都會引起大氣污染，其中鍋爐燃燒產生的煙氣對大氣環境的影響非常之大，因此有必要對鍋爐煙氣排放進行研究，利用環保設計減少鍋爐煙氣污染物。基于此，本文對鍋爐煙氣排放污染物凈化效率、煙囪幾何高度以及煙氣抬升高度等參數進行分析和計算，希望能促進鍋爐煙氣排放系統的環保設計。

關鍵詞：鍋爐燃燒；煙氣排放；環保設計參數

前言：工業革命開始之后，大量煤炭得到開發和應用，時至今日很多發達國家已經開始尋求更加環保的燃料和設備，而我國依然處于以煤炭資源為主要燃料的階段。眾多城市之中，依舊以工業生產為支柱產業，大量煙囪矗立于城市各個角落，一抬頭就可以看見煤炭煙氣的排放，造成嚴重的大氣污染。我國現代化進程發展離不開工業產業的支持，既如此就要根據實際情況做好鍋爐煙氣排放系統的環保設計研究工作，為工業產業進步及城市發展提供保障。

1.鍋爐煙氣排放污染物凈化效率計算

要進行污染物凈化效率計算，首先應了解污染物構成，并掌握單位污染物量數值。其次，應根據所掌握的相關數據進行計算。我國鍋爐燃燒使用的多為煤炭，燃燒產生的煙氣之中主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳，這四種物質都會給大氣環境造成影響，其中大量煙塵與二氧化硫是引起空氣污染的主要原因[1]。據相關統計，當前許多工業企業燃燒的煤炭多是含硫量超過3%的高硫煤，一經燃燒就會排出大量的煙塵和二氧化硫。在不同的鍋爐燃燒方式下，也會產生眾多污染物質。例如，一般供暖鍋爐燃燒以及家庭鍋爐燃燒每噸會產生16.0S（S為煤的含硫量%）千克二氧化硫，3.62千克氮氧化物，22.7千克一氧化碳，4.5千克碳氫化合物；電站采用的鍋爐燃燒每噸會產生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，0.23一氧化碳，0.091碳氫化合物；工業鍋爐燃燒每噸會產生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，1.36一氧化碳，0.45碳氫化合物[2]。不同類型鍋 爐燃燒產生的參數值不同，因此要根據鍋爐類型進行合理參數的計算，計算方式有以下兩種：

第一，根據鍋爐燃燒煙氣排放濃度進行計算，公式：

（1）

公式中所有符號表示的含義是：（1） 指所要計算的煙氣排放凈化系統效率，單位%；（2）C8指鍋爐煙氣排放凈化系統中含有的污染物濃度，單位mg/Nm3；（3）Cmax指經由鍋爐煙氣排放凈化系統可落地的最大污染物，單位mg/Nm3；

其中Cmax的值通過Cmax=Cz-Ch-Cw式子獲得，Cz指的是國家大氣質量標準規定中標明的可排放污染物數量，單位mg/Nm3；Ch指的是污染物背景濃度，單位單位mg/Nm3；Cw指的是當地管理部門管控的未來新增加濃度，單位mg/Nm3。

第二，根據允許鍋爐燃燒煙氣排放量進行計算，公式：

（2）

公式中所有符號表示的含義是：（1）Q8指鍋爐燃燒過程中生成的污染物總量，單位kg/h；Qg指環保部門管理規定下允許排放污染物量，單位kg/h.

根據第一個公式計算得出的結果是滿足大氣環境要求的凈化效率，根據第二個公式得出的結果是要想達到環保部門等管理機構的規定要求，鍋爐煙氣排放凈化系統達到的凈化效率。因為選擇參數不同，所以兩個公式計算出的結果會有差距，對此，相關部門應當根據具備的數據參數、當地經濟技術指標合理選擇計算方式，得到與實際結果更加接近的數值。

2.煙氣抬升高度計算

鍋爐燃燒產生的煙氣抬升高度如果較高，會提升煙囪的熱量排放值，此時大量煙氣會在高溫作用下持續抬升高度，有利于減少鍋爐熱損失，對此可以通過增加鍋爐熱量排放來提升煙氣抬升高度[3]。煙氣排出時的速度也會影響煙氣抬升高度，當煙囪排出煙氣的噴氣速度過低，煙氣容易下降高度，這個速度值一般劃定在（ ）<0.8；當煙氣排出時的噴氣速度較快，就會給煙氣形成助理，推動煙氣持續向上，抬升高度，數據表明，煙囪煙氣噴氣速度達到15m/s，并且達到 ≥2的條件時，會形成最佳的噴氣速度，有利于取得較高的煙氣抬升高度。但是在空中煙氣會受到風向等因素的干擾，有時候的實際抬升高度并不能達到計算高度，尤其是煙囪位于迎風口處時，容易在此形成負壓區，阻礙了煙氣的抬升高度[4]。

鍋爐燃燒煙氣抬升高度計算方法有兩種，分別是：

第一，采用霍蘭特計算公式。

公式中所有符號表示的含義是：（1） 指煙氣出口速度，單位m/s；（2）d指煙囪出口直徑，單位m；（3）Qh指煙囪的排熱量，單位kcal/s；（4）

指煙囪出口位置的平均風速，單位m/s.

第二，我國國內GB3840-83計算公式。

條件為 Qh≥500kcal/s，或者 △T≥35K，

其中，

條件為， Qh<500kcal/s，或者 △T<35K，

上述兩個式子中所有符號表示的含義：（1） Qh指煙氣熱釋放率，單位kcal/s；（2） Qv指鍋爐燃燒實際排煙量，單位m/s；（3） μa指規定的平均風速，單位m/s；（4） Ts指煙囪出口處煙氣溫度，單位K；（5）Ta指環境平均氣溫，單位K；（6）no指煙氣熱狀態及地表狀況系數；（7）n1 指煙氣熱釋放率指數；（8） n2指高度指數；（9） μs指煙囪出口處煙氣流速，單位m/s；（10）d指煙囪出口內徑，單位m.

3.煙囪幾何高度計算

研究煙囪幾何高度的目的是為了保證鍋爐燃燒煙氣排放落地污染物與大氣環境背景濃度疊加后達到國家標準規定，本文利用P值法和污染物排出濃度計算方法對相關參數進行研究和計算。

第一，P值法計算。

P值法計算中主要根據污染物排放量與國家規定標準量進行計算，公式為：

公式中出現的與上文解釋過的符號相同者意思相同，此外，（1） Qv指鍋爐燃燒煙氣排放量，單位Nm3/s；（2） Cg指國家排放標準規定濃度，單位ng/Nm3；P指允許排放指標，單位kg/h m3.（3）P值計算可按《制定地方大氣污染物排放標準的技術原則和方法》內公式進行。

第二，污染物排出濃度計算。

污染物排出濃度計算是要求最終落地污染物濃度低于規定的最高允許排放濃度，公式：

其中 ）

公式中符號表示的含義是：（1） Cp指空氣的定壓體積熱熔，單位kcal/Nm3；（2） QN指標準狀態下煙氣的流量，單位Nm3/s；公式中出現的與上文解釋過的符號相同者意思相同。

結論：鍋爐燃燒產生的煙氣對大氣環境會產生負面影響，若要減少煤炭燃燒煙氣的污染效果，可進一步改善鍋爐煙氣排放系統設計。通過上文分析，可見在鍋爐煙氣排放系統環保設計中存在三個重要參數，即煙氣排放污染物凈化效率、煙囪幾何高度以及煙氣抬升高度。對參數進行科學計算，掌握合理參數數值是減少煙囪排放污染氣體的有效措施。

參考文獻：

[1]柳振. 上海石化循環流化床鍋爐脫銷系統改造的設計與實施[D].華東理工大學，2016.

[2]劉欣漢. 靈州電廠2×135MW機組CFB鍋爐煙氣脫硫改造技術研究[D].華北電力大學，2015.

[3]李翠潔. 天然氣鍋爐煙氣余熱回收系統優化配置研究[D].北京建筑大學，2015.

[4]姚露. 燃煤鍋爐中NO_x與飛灰分布特性的數值模擬及試驗驗證[D].東南大學，2015.