喷雾塔废气含氧量影响因素的探讨

摘  要：喷雾塔利用热风将浆料干燥成粉料的过程中产生了大量的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等污染物，判定其污染物排放浓度是否达标不仅与治理设施有关，还与烟气中氧含量有关。本文主要探讨在实际生产中喷雾塔废气含氧量的变化情况及其对颗粒物、二氧化硫等污染物达标排放的影响，并提出了控制含氧量的措施。
关键词：喷雾塔;含氧量;空气过剩系数;废气
　　1   前言
　　喷雾塔是建筑陶瓷主要生产设备之一，利用热风将含水率在34%左右的浆料干燥成7%左右的粉料，其能源消耗占总能耗30%左右，产生的污染物主要为颗粒物、二氧化硫和氮氧化物，是建筑陶瓷企业主要污染物源之一。
　　喷雾塔本身并不直接消耗燃料，是通过其配套热风炉产生1100 ℃左右的高温烟气，再经过降温、除尘处理后送入喷雾塔，用于烘干浆料。热风炉使用的燃料类型有水煤浆、水煤气和煤粉等，燃料燃烧所产生的烟尘经过多级旋风除尘后，其含尘浓度较低，仅极少量的颗粒物会进入喷雾塔内，喷雾塔产生的颗粒物主要来源于烘干后的粉料。
　　为了有效去除喷雾塔产生的污染物，多数陶瓷企业采用的治理方法包括旋风除尘、脉冲式袋式除尘、湿式脱硫除尘等，并配套了消除“白烟”的设施。根据原料车间喷雾塔的数量和分布情况，一般采用单独除尘，集中脱硫、“消烟”，统一排放的治理模式。由于喷雾干燥工艺的特点，以及废气治理设施流程较长等原因，造成了喷雾塔废气含氧量较高，且有一定的波动。本文通过对喷雾塔烟气含氧量进行实测，分析含氧量的变化情况，并对含氧量的控制提出解决办法。
　　2   喷雾塔烟气中含氧量的规定
　　由于使用燃料、燃烧设备以及控制水平等因素的不同，不同类型的燃烧设备过量空气系数是不一样的，所以需要设立基准过量空气系数（或含氧量）。将过量空气系数（或含氧量）设立规定值，可以避免稀释排放，才能在同一尺度上与标准进行比较。为此，《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）和《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》（HJT75-2007）均规定了颗粒物或气态污染物实测浓度需按照标准规定的过量空气系数（或含氧量）进行折算。
　　目前，我国已颁布的各类大气污染物排放标准中有关炉窑的过量空气系数（或含氧量）均作出了规定，不同炉窑的过量空气系数（或含氧量）有较大不同，分别为1.2～2.1不等，换算成含氧量为3%～11%。《陶瓷工业污染物排行标准》（GB 25464-2010）设定基准空气过剩系数为1.7，即含氧量为8.6%。表1为不同大气污染物排放标准对过量空气系数（或含氧量）的规定。
　　3   喷雾塔烟气中含氧量对排放浓度的影响
　　《陶瓷工业污染物排行标准》（GB 25464-2010）第4.2.7条规定： 喷雾干燥塔、炉窑基准过量空气系数为 1.7，实测的喷雾干燥塔、炉窑的污染物排放浓度，应换算为基准过量空气系数排放浓度，并作为判定排放是否达标的依据。根据实测浓度和含氧量，利用换算公式C基=（C基为折算浓度、C实为实测浓度、O实为实测含氧量），可以计算出折算排放浓度。实测含氧量越大，折算排放浓度就越大。以燃煤或者水煤浆喷雾塔为例，含氧量的范围为8.5%～20%，其折算排放浓度为实测浓度的1～12.4倍。如果含氧量接近21%时，折算排放浓度接近无限大。在不同的含氧量条件下，喷雾塔二氧化硫、颗粒物和氮氧化物实测值必须小于表2中所对应的值，才能满足达标排放的要求。
　　4   氧的来源及变化情况
　　4.1  氧的来源
　　4.1.1燃料燃烧产生的余氧
　　目前热风炉主要燃料有水煤浆、煤或者水煤气，不同燃料完全燃烧时所需要的空气量也有所不同，燃烧后产生的烟气会残余一定的氧。根据热工原理，水煤浆、煤和水煤气燃烧过量空气系数如下：
　　（1） 水煤气燃烧过量空气系数为1.03～1.20，换算成含氧量为0.61%～3.5%;
　　（2） 煤燃烧过量空气系数范围为1.05～1.4之间，换算成含氧量为 1%～6%;
　　（3） 水煤浆燃烧过量空气系数范围为1.10～1.25，换算成含氧量为1.91%～4.2%。
　　从以上分析可知，一般情况下燃料燃烧产生的烟气含氧量均低于8.6%的基准含氧量，最高含氧量仅为6%。
　　4.1.2调温配风新增氧
　　热风炉燃料燃烧后产生的烟气温度在1000～1100 ℃之间，而喷雾塔烘干所需要的温度为500～600 ℃之间。因此，高温烟气进入喷雾塔之前要使用冷空气进行调温，加入的冷空气含氧量为21%，此过程大幅度提高了烟气中氧含量。
　　4.1.3漏风增加的氧
　　由于热风炉至引风机段工作压力为负压，因此会造成一定量的漏风，也增加了含氧量，具体包括：
　　（1） 喷雾塔塔底降温口吸入的冷空气;
　　（2） 塔体下锥翻板下料器出料口、旋风除尘下料口等密封不严，或者排料时都会吸入一定的冷风空气;
　　（3） 热风炉、热风管道、排风管道的热电偶插孔，风管控制阀门，探火口或者观察孔，塔体上的负压测量孔，设备各部位及连接法兰处等设备密封不严造成一定的漏风。
　　4.1.4其它来源
　　除了燃烧产生的余氧、调温配风新增氧和漏风增加的氧外，其它操作也会增加含氧量，具体包括：
　　（1） 为了降低烟气中水分的含量，消除“白烟”，将冷空气打入消烟室内，降低烟气的温度;
　　（2） 停塔后引风机工作时间需要延长40 min左右，利用负压吸入的冷空气降低喷雾塔塔身的温度。
　　4.2  氧变化情况
　　根据对不同陶瓷企业喷雾塔废气检测口含氧量进行测试，含氧量的变化范围在16%～20%之间，含氧量的高低与设备、工况等因素有着密切的关系。以某陶瓷企业喷雾塔为例，其系统示意图如图1所示。通过对其各段含氧量变化情况进行了实测，找出一定的规律。
　　根据测试，①号点位置氧含量为14.6%～15.3%，②号点位置氧含量为15.6%～16.4%，③号点位置氧含量为16.6%～17.0%，④号点位置氧含量为16.8%～17.6%。从测试结果可以看出：
　　（1） 燃烧燃烧后的含氧量（以最高6%计）远小于喷雾塔塔顶热风含氧量，其原因是调温配风增加了大量的氧;
　　（2） 从①号点至③号点，烟气含氧量是逐渐增加的，说明漏风增加氧量也较为明显。
　　（3） 排放检测口位置烟气氧含量远大于《陶瓷工业污染物排行标准》（GB 25464-2010）基准氧含量8.6%的规定。
　　5   含氧量的控制措施
　　从以上分析可知，降低喷雾塔烟气含氧量，可以减少污染物排放浓度的折算倍数，对喷雾塔废气监测具有一定的作用。喷雾塔烟气含氧量较大主要是由于其工艺特殊性造成的，但是与设备和管理也有关。从设备和管理方面降低含氧量的主要措施如下：
　　（1） 加强系统密封，减少漏风，具体方法包括取消喷雾塔塔底冷却器，对旋风除尘器下料口进行密封，采用螺旋管道输送粉料，加强热电偶插孔、风管控制阀门、探火口或者观察孔、链接口处的密封;
　　（2） 合理安排生产，减少转产停塔时风冷时间，及时关闭阀门。
　　6   结语
　　从以上分析可知，喷雾塔废气排放口含氧量不仅与燃料燃烧有直接关系，还与配风、漏风等因素有关，尤其是调温配风增加的氧量较大。
　　与其它炉窑设备相比，喷雾塔烟气含氧量明显偏大，与喷雾塔生产工艺的特殊性密切相关，也符合事实。
　　企业在实际生产过程中，应该对喷雾塔及其废气治理设施加强管理，合理安排生产，避免由于漏风造成氧含量的增加，导致折算浓度过大，增加超标排放的风险。
　　参考文献
　　[1] 曾令可，宋婧，税安泽，等.浅谈喷雾干燥塔的节能措施[J].陶瓷,2008（2）： 35-40.
转自土木工程网。