磚瓦隧道窯廢氣在線監(jiān)控設(shè)施適用標(biāo)準(zhǔn)研究

文_王帥 刁玲玲 李吉慶 青島市生態(tài)環(huán)境局城陽分局

磚瓦工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)中的重要行業(yè)，我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促使基建工程項(xiàng)目與日俱增，進(jìn)而推動磚瓦企業(yè)的迅猛發(fā)展。為了加強(qiáng)對磚瓦等建材行業(yè)的環(huán)境管理，山東省于2018年發(fā)布了《建材工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2373-2018）（簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”），并于2019年1月1日正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)中對基準(zhǔn)氧含量進(jìn)行了調(diào)整，并對顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物等污染物排放濃度給出了更為嚴(yán)格的限制，甚至將磚瓦行業(yè)納入超低排放的序列之中。

近年來，隨著環(huán)境管理技術(shù)的不斷進(jìn)步和環(huán)境監(jiān)管力度的持續(xù)加強(qiáng)，污染源在線監(jiān)控管理憑借高效、便捷、節(jié)省人力等優(yōu)勢受到環(huán)境監(jiān)管部門的青睞，得以快速發(fā)展。山東省2019年出臺的《山東省重點(diǎn)排污單位名錄制定和污染源自動監(jiān)測安裝聯(lián)網(wǎng)管理規(guī)定》中明確要求，將磚瓦燒結(jié)窯企業(yè)納入重點(diǎn)源監(jiān)管名單，并要求相關(guān)企業(yè)安裝廢氣在線監(jiān)控設(shè)施。在對磚瓦企業(yè)日常監(jiān)管過程中，廢氣在線設(shè)施檢測結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)驟然上升形成極大、可疑數(shù)據(jù)的情況，造成時均值甚至日均值超過標(biāo)準(zhǔn)，尤其是顆粒物指標(biāo)。針對這種情況，本文結(jié)合作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的不適之處進(jìn)行了深入分析，并提供出了合理化的改進(jìn)建議。

1 磚瓦行業(yè)的特點(diǎn)

1.1 當(dāng)前磚瓦行業(yè)使用的燒結(jié)爐窯主要為隧道窯

隧道窯始于1765年，20世紀(jì)80年代磚瓦隧道窯引進(jìn)到中國，由于該種爐窯能夠利用燃燒煙氣等余熱對磚坯進(jìn)行烘干節(jié)約能源，在環(huán)保、節(jié)能等方面均優(yōu)于輪窯、地溝窯等老式爐窯，因此，目前很多區(qū)域限制輪窯、地溝窯等老式窯爐的使用，現(xiàn)存磚瓦企業(yè)使用的爐窯主要為隧道窯。

1.2 磚瓦隧道窯燃燒方式主要是內(nèi)燃式

磚瓦燒結(jié)企業(yè)當(dāng)前普遍采取的焙燒方式為傳統(tǒng)的內(nèi)燃焙燒，利用頁巖、渣土、煤、煤矸石等具有一定熱值的廢棄物和物料，進(jìn)行破碎混合，制成磚坯，干燥后送入隧道窯進(jìn)行焙燒。磚坯通過自我鏈?zhǔn)饺紵僧a(chǎn)品，燃料即是產(chǎn)品，熱能實(shí)現(xiàn)自我利用，不需對外輸送，這與鍋爐等外燃式燃燒有很大差別。

1.3 磚瓦的產(chǎn)品質(zhì)量要求焙燒過程中需要富氧燃燒

磚瓦坯體需要在富氧狀態(tài)下才能將Fe元素氧化成Fe2O3，呈現(xiàn)紅色狀態(tài)。此外，由于磚坯密度較高，材質(zhì)較為密實(shí)，空氣滲透性較低，因此需要持續(xù)的外部強(qiáng)氧化狀態(tài)才能保證氧氣滲透至磚體內(nèi)部，為磚體充分焙燒提供充分的氧氣，進(jìn)而提高磚體的強(qiáng)度和質(zhì)量。

1.4 磚瓦的生產(chǎn)方式?jīng)Q定了隧道窯內(nèi)含氧量較高，且有較大氧含量波動

磚瓦窯在生產(chǎn)期間，需要根據(jù)生產(chǎn)工況不定時地開啟隧道窯的窯門，進(jìn)磚坯出產(chǎn)品。物料的易碎性要求必須在較慢的速度下平穩(wěn)進(jìn)出，從而造成該過程有大量空氣進(jìn)入窯內(nèi)，排放的煙氣中氧含量存在波動。此外，生產(chǎn)過程中為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要察看窯內(nèi)焙燒情況，也需頻繁打開通風(fēng)口，必然會引起窯內(nèi)空氣過剩系數(shù)短時間波動，煙氣氧含量增加。

1.5 現(xiàn)行適用的磚瓦行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)均對廢氣排放濃度進(jìn)行折算加權(quán)計算

目前，在我國的鍋爐、爐窯等廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)中，《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《建材工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》均有空氣過剩系數(shù)（實(shí)際空氣供給量與理論空氣供給量之比）或者基準(zhǔn)氧含量折算系數(shù)等參數(shù)，此兩者本質(zhì)上是一致的，計算中可以相互轉(zhuǎn)化，計算公式為式（1）。

式中α—空氣過剩系數(shù)；—實(shí)測的氧含量，%。

式中c—大氣污染物基準(zhǔn)氧含量排放濃度，mg/m3；c′—實(shí)測的大氣污染物排放濃度，mg/m3；—實(shí)測的氧含量，%；O2—基準(zhǔn)氧含量，%。

通過式（1）（2）可以看出，前述各種標(biāo)準(zhǔn)中引用折算的目的與廢水排放標(biāo)準(zhǔn)中所提出的第一類污染物相似，主要是為了規(guī)避企業(yè)通過利用大量空氣來稀釋污染物的濃度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛假達(dá)標(biāo)，以及避免通入大量空氣降低爐溫浪費(fèi)能源。

2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的問題

2.1 磚瓦隧道窯工藝造成含氧高，與鍋爐等外燃式含氧高存在本質(zhì)區(qū)別

通過對磚瓦行業(yè)隧道窯的特點(diǎn)分析，隧道窯在磚瓦燒制過程中普遍氧含量較高，空氣過剩系數(shù)較大。根據(jù)姬廣慶對甘肅省14家企業(yè)磚瓦企業(yè)的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，這些企業(yè)的檢測結(jié)果氧含量大于19%，空氣過剩系數(shù)α也相應(yīng)的大于10，其原因與隧道窯利用煙氣余熱烘干磚坯等行業(yè)特征有關(guān)，并非企業(yè)單純?yōu)榱讼♂屛廴疚锒扇〉拇胧@一點(diǎn)與鍋爐等外燃型燃燒存在本質(zhì)上的差別。因此，隧道窯在標(biāo)準(zhǔn)中引入基準(zhǔn)氧含量、空氣過剩系數(shù)的作用并不明顯。

2.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和磚瓦隧道窯工況導(dǎo)致氧含量變化空間狹小

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定磚瓦窯基準(zhǔn)氧含量為18%，實(shí)際檢測中磚瓦窯正常工況的氧含量基本在19%左右，因此在空氣內(nèi)燃過程中，爐窯只有2%～3%的波動空間。然而，鍋爐尤其是電廠鍋爐等外燃設(shè)備基準(zhǔn)氧含量可以低至3%，波動空間可以達(dá)到18%左右。由此可以看出，隧道窯含氧量指標(biāo)范圍非常狹窄，進(jìn)而造成相關(guān)折算指標(biāo)非常敏感。

2.3 在線監(jiān)控設(shè)施氧含量探頭自身準(zhǔn)確率偏差造成折算后濃度偏離實(shí)際情況較大

根據(jù)《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ75-2017）表1中的規(guī)定，氧氣的示值誤差只要≤±5%標(biāo)氣標(biāo)稱值，即符合驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范的要求。然而，目前磚瓦隧道窯所用的氧氣標(biāo)氣標(biāo)稱值基本在20%左右，從而計算可以得出，在線監(jiān)控設(shè)施所測的氧氣體積濃度示值誤差只要≤±1%即可滿足在線設(shè)施的技術(shù)要求。由前述分析可知，磚瓦窯排放廢氣基準(zhǔn)氧含量18%到空氣中氧含量21%，僅有3%左右的波動空間，但誤差范圍就達(dá)到±1%，明顯比重過大，已經(jīng)很難達(dá)到準(zhǔn)確監(jiān)控的目的。

2.4 折算系數(shù)放大在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏差，對在線監(jiān)管工作造成額外負(fù)擔(dān)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的折算要求，煙氣中含氧量高于19%后，含氧量稍微變化就會造成折算系數(shù)顯著增加，而在線設(shè)施氧傳感器的誤差很容易造成折算后的污染物濃度起伏不定頻繁超標(biāo)。由圖1可以看出，當(dāng)氧含量接近21時，氧含量稍微增加就會引起折算系數(shù)接近垂直狀態(tài)迅猛增大，從而導(dǎo)致檢測值劇增引起時均值、日均值超標(biāo)。根據(jù)我國目前的管理要求，超標(biāo)報警值出現(xiàn)需要生態(tài)環(huán)境部門的監(jiān)控、執(zhí)法人員到企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場核實(shí)，因此，給環(huán)境管理部門造成很大工作壓力和負(fù)擔(dān)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)中磚瓦隧道窯廢氣中氧含量升高對折算系數(shù)的影響

3 結(jié)語

磚瓦行業(yè)在線監(jiān)控設(shè)施在適用標(biāo)準(zhǔn)的過程中存在一定的不足之處，含氧量測量的偏差會造成污染物折算濃度出現(xiàn)明顯的誤差，對環(huán)境管理工作帶來負(fù)擔(dān)。因此，建議將折算因子進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將氧含量改為單位產(chǎn)品廢氣排放量，其原因是廢氣排放量和污染物濃度變化更直接，線性相關(guān)區(qū)域更廣闊，檢測過程相對成熟穩(wěn)定，同時可以消弱設(shè)備偏差對檢測數(shù)據(jù)誤差的放大效應(yīng)，改善在線監(jiān)控設(shè)施的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確率，提高環(huán)境管理人員的工作效率。