燃气锅炉烟气中二氧化硫监测探析

燃气锅炉烟气中二氧化硫监测探析

摘 要 本文作者在燃气锅炉烟气监测中发现在不完全燃烧的状态下，二氧化硫浓度数值异常问题，分析问题原因，提出解决方案。

关键词 燃气锅炉；二氧化硫；监测

2014年5月，中俄签署了为期30年的天然气购销合同，总价值达4000亿美元，为我国能源安全提供一定保障，同时也为我国治理大气污染奠定基础。燃气锅炉燃烧过程中产生的污染物相较于燃煤锅炉大幅减少，受雾霾天气影响，全国各地都在加快用天然气替代煤炭的进程，更加清洁的天然气所占能源比例逐渐提高是必然趋势。2013年，我国天然气进口量比上年增长5%，达到530亿立方米，全年天然气表观消费量达到1676亿立方米。

1 监测中的问题数据分析

本文作者在对某企业燃气导热油炉烟气监测中发现：在不完全燃烧的状态下，定电位电解法测得的二氧化硫浓度结果是值得怀疑的。监测所使用仪器：e?c?o?m? ?J?2?K?N?多?功?能?烟?气?分?析?仪和英国KANE KM940型手持式多组分烟气分析仪，监测方法均为定电位电解法。不完全燃烧状态下烟气监测数据及相关监测机构监测数据见表1：

监测项目

数据来源 O2 CO NOx SO2

自测 0 >12500mg/m3 25mg/m3 42mg/m3

表1 不完全燃烧状态下烟气监测数据

1）氮氧化物的生成一般认为有燃料自带含氮化合物和由氮气与氧气在高气温下生成两种来源，而氮气与氧气在高气温下生成的氮氧化物又与氧的浓度、火焰温度等有关。减少过剩空气量，则氧浓度变小，火焰温度降低，氮氧化物生成量下降。如果过剩空气量增加，虽然氧浓度增高有利于氮氧化物的生成，但由于燃烧温度降低，总的结果是氮氧化物生成量减少，因此氮氧化物的生成机理比较复杂，数据的合理性较难判断。

2）烟气中的二氧化硫是由于燃气中的硫化物与空气中的氧气反应而生成的，烟气中二氧化硫含量的大小主要取决于燃气成份中硫化物含量的多少。根据国家标准《天然气》GB17820-2012的要求，天然气中硫化氢浓度应在6mg/m3～20 mg/m3、总硫（以硫计）应在60mg/m3～200mg/m3，燃料中按规定硫化氢浓度小于20mg/m3，可以把二氧化硫浓度控制在5ppm～10ppm[1]。天然气成分见表2[2]：

组分

来源 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 H2S

重庆气矿 96.05 0.98 0.53 0.21 1.07 1.04 <20mg/m3

表2 天然气主要成分

所以，1m3天然气燃烧消耗2m3氧气，约需要10m3空气，即使质量最差的天然气其烟气二氧化硫也不应达到监测结果的浓度。

3）由于该企业锅炉操作人员培训不够，仅根据导热油温度调节锅炉负荷，燃气锅炉在一个极不经济的运行状态下。虽然对于这种情况环境监测方法未作出规范，但是烟气中的一氧化碳和未燃烧的有机气体会对二氧化硫监测结果造成极大地干扰。

2 解决问题的方法

第一种解决方案：要求该企业重新调试锅炉燃烧器的配风和混合系统，提高空气量，牺牲排烟损失，降低化学不完全燃烧损失，再次监测烟气；第二种解决方案：使用其他方法，例如碘量法对烟气中二氧化硫进行监测，应该可以避免一氧化碳和未燃烧的有机气体的干扰。

根据方案的便捷性和企业方了解情况后为了节能的需要，决定采用第一种方案，调节锅炉燃烧器的配风。

3 验证解决方法的效果

完全燃烧状态下监测数据及相关监测见表3：

监测项目

数据来源 O2 CO NOx SO2

自测 7.0% 未检出1 1mg/m3 未检出1

5.9% 10 68mg/m3 未检出1

注：1一氧化碳检出限为2mg/m3；二氧化硫检出限为3mg/m3。

表3 完全燃烧状态下烟气监测数据

1）燃气锅炉燃烧器增加进风后，伴随烟气中剩余氧气含量的升高，一氧化碳大幅降低。一氧化碳对二氧化硫测定的正干扰降低到仪器自带的掩蔽范围内，二氧化硫监测浓度低于3mg/m3。两次监测燃气锅炉使用同一种天然气，证明该天然气燃烧后废气中二氧化硫浓度在较低的水平，不完全燃烧的状态下，二氧化硫浓度数值异常来自监测方法。

2）燃气锅炉燃烧器增加进风后，客观上稀释了烟气中二氧化硫的浓度，假设原来天然气和空气的进气比为1：9（已经会造成不完全燃烧），根据监测结果7.0%剩余氧气含量，增加进风量不超过70%，即：推论原工况下，烟气中二氧化硫浓度不超过5mg/m3。

3）该次锅炉调节能够使环境监测人员相对准确地完成监测任务，但是7.0%剩余氧气含量表明燃气锅炉实际上仍未达到最佳的运行状态，进风量增加意味着排烟热损失的增加，资料显示：空气过剩系数每增加0.1，排烟热损失增加0.7%[3]。锅炉在燃料完全燃烧和减少排烟热损失之间取得一个平衡点。一般燃气锅炉过剩空气系数控制在1.05～1.20之间，环境排放标准也是折算到过剩空气系数1.2或者基准含氧量3.5%比较[4]。

4 结论

通过燃气锅炉监测时，二氧化硫极端得异常数值发现问题，提出可能的影响因素，并调节锅炉比较监测验证了：在不完全燃烧的状态下，二氧化硫浓度数值会出现异常。

国家在制定标准时对于锅炉的经济运行方面未作强制规定，因为在企业自身对利润的

追求自然会寻找这个经济的运行状态，但是作者在长期的现场工作中，发现由于燃气锅炉以中小型为主、自动化水平高、对司炉人员要求水平低，许多使用单位的主管、司炉人员只要满足热力输出单元达到生产要求即可，没有锅炉经济运行的概念，需要环境主管部门在环境保护工作中加大宣传的力度。

参考文献

[1]谭延年.燃气锅炉烟气有害成分的防治[J].北方环境， 2002（1）.

[2]李迎建，李群.燃天然气和燃油锅炉热效率及供热成本分析[J].石油与天然气化工，2003，32（1）.

[3]陈书林，陆克山，陈伟.锅炉过剩空气系数运行达标的研究与实践[J].油田节能，2002，9，13（3）.

[4]国家环境保护部 GB/T13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》，2014.