生物質鍋爐一氧化碳排放超標原因及控制措施

文_唐杰毅 清遠市清城區環境監測站

1 生物質鍋爐一氧化碳排放規律及原因分析

1.1 實驗方法

通過對某一蒸汽量為6蒸噸的燃成型生物質鍋爐進行1h連續監測，分析其一氧化碳及其他污染物的變化規律。實驗設備：嶗應3012H型煙塵煙氣采樣儀；測量方法：定電位點解法測定廢氣中的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物；測量時長：連續1h；數據處理：每10min計算一組數據，共形成6組數據，根據其含氧量計算排放折算濃度。

1.2 實驗數據分析

根據以上實驗方法，得到的煙氣排放數據見表1。

表1 生物質鍋爐氣態污染物監測數據

根據表1可以得出以下規律和問題：①廢氣排放中的CO實測濃度與含氧量成正比關系；②二氧化硫濃度隨著CO濃度異常也表現出異常升高；③氮氧化物濃度隨著含氧量的升高反而降低。

1.3 原因分析及其對其他污染物排放濃度的影響

從排放廢氣中一氧化碳的濃度與含氧量成比例的關系，可以得出一氧化碳的產生是由于燃料在燃燒過程中得不到充分燃燒所致。經過實際的現場詢問及資料查閱得知，在生物質鍋爐推行的過程中，很多現有燃成型生物質鍋爐都是由以前的燃煤鍋爐改造而來，該類型的鍋爐既能燃煤，也能燃生物質，這類燃煤鍋爐的爐體通常較大，加上成型生物質的送料系統為鏈條自動進料，自動進料之后，燃料堆積在一起，爐體內缺少攪動的設施，這直接導致在進料后一段時間內爐體的成堆成型燃料得不到充分的燃燒，這時一氧化碳就開始大量的產生。

排放廢氣中的含氧量的升高，是由于燃料在爐體內沒有充分燃燒，多余空氣隨著引風機排出所致，又因為燃料沒有充分燃燒，在該過程中產生的氮氧化物的濃度會降低，氮氧化物和顆粒物的濃度均會大幅度下降；在以上數據中，二氧化硫的濃度并沒有表現和氮氧化物的規律一致，其原因在于，在測量過程中，高濃度的一氧化碳對測量的定電位傳感器產生的正干擾，使二氧化硫的測量出現誤差，監測標準中規定，新更換的二氧化硫傳感器必須經過一氧化碳干擾測試才能使用，并要求在傳感器的使用壽命內最低只做一次，這并不能確保在整個使用壽命過程中完全不產生干擾的情況，在日常大量現場使用時，傳感器的量程漂移、零點漂移、測量線性和靈敏度都會受到使用次數和環境的影響，從而使干擾的情況發生。

根據以上分析，生物質鍋爐在日常運行過程中需要十分注意一氧化碳的排放濃度，合理控制燃燒過程，當一氧化碳排放濃度過高時，此時爐內燃料燃燒不充分，含氧量升高，此時顆粒物和二氧化硫、氮氧化物等污染物濃度降低，并可能會導致使用定電位點解法的儀器在測量過程中出現二氧化硫濃度異常升高的現象；當一氧化碳排放濃度降到很低水平時，爐內燃燒充分，此時產生的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物濃度就增高，容易出現超標。如何合理地控制燃燒的過程，平衡一氧化碳和其他污染物之間的濃度關系，是生物質鍋爐廢氣污染物達標排放的關鍵。

2 生物質鍋爐廢氣達標排放對策

2.1 一氧化碳生成的控制對策

一氧化碳想要實現達標排放，首先要解決燃燒爐體內不充分燃燒的問題，在實際生產中可以在爐體前面加裝一個預燃燒器，在預燃燒器中的成型生物質進行初步燃燒，在燃燒器的鼓風器和排放口引風機的共同作用下，把初步燃燒的燃料送入鍋爐爐體進行二次燃燒，使燃料燃燒充分，含氧量在鍋爐內得到極大的消耗。這樣的方式可以有效降低燃燒爐內一氧化碳的產生，并且大大降低含氧量。以下是一組加裝了預燃燒器的成型生物質的監測數據。

2.2 數據分析

通過以上的改造方法，對上文中所提的同一臺生物質鍋爐使用同樣的實驗方法和儀器進行檢測，得到的數據見表2。可以看到，整個測量過程各項廢氣污染物的排放數據穩定，含氧量基本維持11%左右，各項氣態污染物穩定達標。

表2 改造后生物質鍋爐氣態污染物監測數據

2.3 其他污染物的達標排放措施

合格的成型生物質燃料應該是用秸稈、稻殼、木屑的農林廢棄物加工而來，經實際測量分析，這些物質本來含硫幾乎為零，含氮量因成型生物質的主要成分不同可以表現較大的差距。對于二氧化硫的排放，只要成型生物質燃料是干凈的生物質壓制而成，排放濃度幾乎為零。對于氮氧化物的產生，雖然其來源主要有三個方式：熱力型、燃料型、快速型產生方式，但是由于爐內溫度（一般為600～800℃）遠未達到熱力型產生的溫度（1300℃），及無快速型方式的產生條件，其排放濃度也直接取決于燃料中氮的含量。由此可見，控制好成型生物質的來源與質量，做好含硫量、含氮量的檢測，對生物質鍋爐二氧化硫、氮氧化物的達標排放是至關重要的。對于顆粒物的達標排放，是生物質鍋爐的難點，現有的排放標準要求異常嚴格，但是現在針對生物質鍋爐，管理上普遍要求安裝布袋除塵器，該除塵器的最大特點是除塵效率高，只要做好日常維護和定期更換，顆粒物達標排放也可以容易達到。

3 結語

生物質屬于相對清潔的燃料，但是在實際應用和監測過程中，生物質鍋爐很容易出現污染物超標現象，主要表現為其一氧化碳排放濃度與顆粒物、二氧化硫和氮氧化物等其他污染物的排放濃度呈現反比例的關系，在運行過程中出現兩類污染物此消彼長的排放規律，使排放的污染物不能同時穩定達標。

通過在生物質鍋爐最前端加裝預燃燒器，對生物質燃料進行二次燃燒，可以使燃料得到充分燃燒并且廢氣中的含氧量降低，各項污染物可以穩定達標排放。在日常運行管理過程中，做好對成型生物質燃料的品質的管控，做好布袋除塵器的維護管理，是保證生物質鍋爐廢氣達標排放的最有效控制措施。