浅谈锅炉烟气排放系统环保设计的主要参数及计算

刘丕源

摘 要：随着社会经济发展水平的提高，人们的环保意识也在不断提升，为了维护自然环境与人类生存环境，人们开始探索各种可能引起污染的问题。城市发展过程中很多措施都会引起大气污染，其中锅炉燃烧产生的烟气对大气环境的影响非常之大，因此有必要对锅炉烟气排放进行研究，利用环保设计减少锅炉烟气污染物。基于此，本文对锅炉烟气排放污染物净化效率、烟囱几何高度以及烟气抬升高度等参数进行分析和计算，希望能促进锅炉烟气排放系统的环保设计。

关键词：锅炉燃烧；烟气排放；环保设计参数

前言：工业革命开始之后，大量煤炭得到开发和应用，时至今日很多发达国家已经开始寻求更加环保的燃料和设备，而我国依然处于以煤炭资源为主要燃料的阶段。众多城市之中，依旧以工业生产为支柱产业，大量烟囱矗立于城市各个角落，一抬头就可以看见煤炭烟气的排放，造成严重的大气污染。我国现代化进程发展离不开工业产业的支持，既如此就要根据实际情况做好锅炉烟气排放系统的环保设计研究工作，为工业产业进步及城市发展提供保障。

1.锅炉烟气排放污染物净化效率计算

要进行污染物净化效率计算，首先应了解污染物构成，并掌握单位污染物量数值。其次，应根据所掌握的相关数据进行计算。我国锅炉燃烧使用的多为煤炭，燃烧产生的烟气之中主要包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳，这四种物质都会给大气环境造成影响，其中大量烟尘与二氧化硫是引起空气污染的主要原因[1]。据相关统计，当前许多工业企业燃烧的煤炭多是含硫量超过3%的高硫煤，一经燃烧就会排出大量的烟尘和二氧化硫。在不同的锅炉燃烧方式下，也会产生众多污染物质。例如，一般供暖锅炉燃烧以及家庭锅炉燃烧每吨会产生16.0S（S为煤的含硫量%）千克二氧化硫，3.62千克氮氧化物，22.7千克一氧化碳，4.5千克碳氢化合物；电站采用的锅炉燃烧每吨会产生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，0.23一氧化碳，0.091碳氢化合物；工业锅炉燃烧每吨会产生16.0S二氧化硫，9.08氮氧化物，1.36一氧化碳，0.45碳氢化合物[2]。不同类型锅 炉燃烧产生的参数值不同，因此要根据锅炉类型进行合理参数的计算，计算方式有以下两种：

第一，根据锅炉燃烧烟气排放浓度进行计算，公式：

（1）

公式中所有符号表示的含义是：（1） 指所要计算的烟气排放净化系统效率，单位%；（2）C8指锅炉烟气排放净化系统中含有的污染物浓度，单位mg/Nm3；（3）Cmax指经由锅炉烟气排放净化系统可落地的最大污染物，单位mg/Nm3；

其中Cmax的值通过Cmax=Cz-Ch-Cw式子获得，Cz指的是国家大气质量标准规定中标明的可排放污染物数量，单位mg/Nm3；Ch指的是污染物背景浓度，单位单位mg/Nm3；Cw指的是当地管理部门管控的未来新增加浓度，单位mg/Nm3。

第二，根据允许锅炉燃烧烟气排放量进行计算，公式：

（2）

公式中所有符号表示的含义是：（1）Q8指锅炉燃烧过程中生成的污染物总量，单位kg/h；Qg指环保部门管理规定下允许排放污染物量，单位kg/h.

根据第一个公式计算得出的结果是满足大气环境要求的净化效率，根据第二个公式得出的结果是要想达到环保部门等管理机构的规定要求，锅炉烟气排放净化系统达到的净化效率。因为选择参数不同，所以两个公式计算出的结果会有差距，对此，相关部门应当根据具备的数据参数、当地经济技术指标合理选择计算方式，得到与实际结果更加接近的数值。

2.烟气抬升高度计算

锅炉燃烧产生的烟气抬升高度如果较高，会提升烟囱的热量排放值，此时大量烟气会在高温作用下持续抬升高度，有利于减少锅炉热损失，对此可以通过增加锅炉热量排放来提升烟气抬升高度[3]。烟气排出时的速度也会影响烟气抬升高度，当烟囱排出烟气的喷气速度过低，烟气容易下降高度，这个速度值一般划定在（ ）<0.8；当烟气排出时的喷气速度较快，就会给烟气形成助理，推动烟气持续向上，抬升高度，数据表明，烟囱烟气喷气速度达到15m/s，并且达到 ≥2的条件时，会形成最佳的喷气速度，有利于取得较高的烟气抬升高度。但是在空中烟气会受到风向等因素的干扰，有时候的实际抬升高度并不能达到计算高度，尤其是烟囱位于迎风口处时，容易在此形成负压区，阻碍了烟气的抬升高度[4]。

锅炉燃烧烟气抬升高度计算方法有两种，分别是：

第一，采用霍兰特计算公式。

公式中所有符号表示的含义是：（1） 指烟气出口速度，单位m/s；（2）d指烟囱出口直径，单位m；（3）Qh指烟囱的排热量，单位kcal/s；（4）

指烟囱出口位置的平均风速，单位m/s.

第二，我国国内GB3840-83计算公式。

条件为 Qh≥500kcal/s，或者 △T≥35K，

其中，

条件为， Qh<500kcal/s，或者 △T<35K，

上述两个式子中所有符号表示的含义：（1） Qh指烟气热释放率，单位kcal/s；（2） Qv指锅炉燃烧实际排烟量，单位m/s；（3） μa指规定的平均风速，单位m/s；（4） Ts指烟囱出口处烟气温度，单位K；（5）Ta指环境平均气温，单位K；（6）no指烟气热状态及地表状况系数；（7）n1 指烟气热释放率指数；（8） n2指高度指数；（9） μs指烟囱出口处烟气流速，单位m/s；（10）d指烟囱出口内径，单位m.

3.烟囱几何高度计算

研究烟囱几何高度的目的是为了保证锅炉燃烧烟气排放落地污染物与大气环境背景浓度叠加后达到国家标准规定，本文利用P值法和污染物排出浓度计算方法对相关参数进行研究和计算。

第一，P值法计算。

P值法计算中主要根据污染物排放量与国家规定标准量进行计算，公式为：

公式中出现的与上文解释过的符号相同者意思相同，此外，（1） Qv指锅炉燃烧烟气排放量，单位Nm3/s；（2） Cg指國家排放标准规定浓度，单位ng/Nm3；P指允许排放指标，单位kg/h m3.（3）P值计算可按《制定地方大气污染物排放标准的技术原则和方法》内公式进行。

第二，污染物排出浓度计算。

污染物排出浓度计算是要求最终落地污染物浓度低于规定的最高允许排放浓度，公式：

其中 ）

公式中符号表示的含义是：（1） Cp指空气的定压体积热熔，单位kcal/Nm3；（2） QN指标准状态下烟气的流量，单位Nm3/s；公式中出现的与上文解释过的符号相同者意思相同。

结论：锅炉燃烧产生的烟气对大气环境会产生负面影响，若要减少煤炭燃烧烟气的污染效果，可进一步改善锅炉烟气排放系统设计。通过上文分析，可见在锅炉烟气排放系统环保设计中存在三个重要参数，即烟气排放污染物净化效率、烟囱几何高度以及烟气抬升高度。对参数进行科学计算，掌握合理参数数值是减少烟囱排放污染气体的有效措施。

参考文献：

[1]柳振. 上海石化循环流化床锅炉脱销系统改造的设计与实施[D].华东理工大学，2016.

[2]刘欣汉. 灵州电厂2×135MW机组CFB锅炉烟气脱硫改造技术研究[D].华北电力大学，2015.

[3]李翠洁. 天然气锅炉烟气余热回收系统优化配置研究[D].北京建筑大学，2015.

[4]姚露. 燃煤锅炉中NO_x与飞灰分布特性的数值模拟及试验验证[D].东南大学，2015.