浅析锅炉烟囱冒黑烟的原因及控制

1 前 言

锅炉作为热电站的重要设备。它的运行质量直接影响到企业的经济和社会效益。近年来。随着国家对环保要求的日益严格，工业 “三废”治理刻不容缓，而锅炉烟囱冒黑烟在一些小型热电站时有发生，影响恶劣，应当引起我们高度重视。

我公司三台35t／h锅炉已投产多年，过去也常发生烟囱冒黑烟情况，起初一直误认为只要改善除尘效果，就可消除黑烟，其实不然，后经过我们认真研究分析，采取一定的措施，才将这一现象基本杜绝。

2 锅炉烟囱冒黑烟的原因

2．1 黑烟的成分

无论是燃煤或燃油锅炉，完全燃烧时，烟气中的主要成分是N2、NOX、CO2、O2和H20，这些气体都是无色的，即使烟气中夹带少量尘粒与水蒸汽凝结在一 起，也应该是微白色的，黑烟到底是什么成分呢?

经取样分析证实：形成黑烟的固体物质主要成分是碳元素，黑烟是由很多细小含碳微粒组成，它可在空气中飘游很远，对人体健康危害很大。

2．2 黑烟产生的原因

研究发现，锅炉燃烧过程中，产生大量的可燃气体(如CO、H2、CH4、CmHn等)，正常情况下，这些可燃气体在炉膛内燃烧，发出大量热量被锅炉受热面吸收利用，但在锅炉燃烧调整时，常因各种原因造成可燃气体不完全燃烧，在高温条件下，可燃气体中的碳原子还原成极细的炭粒(粒径一般小于1μm)，其颜色很黑，称为炭黑，当随烟气排出时产生黑烟。

3 黑烟形成的机理

燃料在燃烧时产生的可燃气体，化学性很强，易于燃烧，且燃烧速度很快，为什么在排烟中仍含有可燃气体呢?

燃煤进人炉膛后，在火焰的高温辐射下，首先是水分析出，紧接着是挥发分析出并裂解为可燃气体。挥发分是以气态的形式燃烧的。在挥发分析出气化的过程中，会形成对空气的排挤作用，造成局部地区空气不足，难免形成“死角”。由于受炉膛容积热负荷下限的制约，炉膛的体积有限。挥发分气体在炉膛内停留的时间很短，仅有几秒钟，虽然正常燃烧时炉膛总的空气量是过剩的，但气体燃料仍然难于在这样短的时间内与空气充分均匀混合，达到完全燃烧，所以炉膛出口烟气中常含有少量可燃气体。此后由于温度较高，可燃气体中的碳易还原成极细小的炭粒。

烟气进入水平烟道和竖井烟道后，由于温度降低和可燃物浓度很低，烟气中的少量可燃物难以再进行燃烧，形成化学不完全燃烧损失(q3)。

煤的挥发分含量越高，挥发分析出的速度也越快，挥发分气化对空气的排挤作用越明显。排烟中不完全燃烧的可燃气体越多。由于煤的挥发分主要是重碳氢化合物，而重碳氢化合物在高温和空气不足情况下，大部分分解为CO和H2或还原成炭粒。少量的炭黑颗粒就可以形成明显的黑烟。可见，化学不完全燃烧是烟囱黑烟的真正原因。

因链条炉是层燃方式，燃料挥发分析出气化后与炉膛内空气混合条件比煤粉炉差，其化学不完全燃烧要比煤粉炉大。

4 锅炉烟囱冒黑烟的控制处理

4．1利用除尘器处理黑烟的效果

炭黑是固体颗粒，其粒径一般小于 1μm，除电除尘外的各种形式和工作原理的除尘器只能有效捕获粒径较大的尘粒，对于粒径很小的炭黑不能有效地捕集，所以，不能避免烟囱黑烟。

从表1可以看出，电除尘器的除尘效率可高达99％，而且可以有效捕集0．01～100μm粒径的尘粒，炭黑粒径也在电除尘器有效捕集粒径范围之内，但是，生产实践证明，电除尘器同样不能有效捕集炭黑。

尘粒的比电阻是影响电除尘器效率的重要因素。比电阻是用面积为1cm2圆盘，尘粒自然堆到1cm高，沿高度方向测得的电阻值。资料显示炭黑的比电阻值小于1Ω。因炭是一种导体，其比电阻很小。

当尘粒的比电阻为102～1010Ω?cm时，电除尘器的效率较高。对于比电阻很小的炭黑，因为在电除尘器的电场内不能荷电，因而无法在电场力的作用下趋向沉降极，电除尘器对炭黑的除尘效率几乎为零。

由此可以看出，当燃烧不好产生炭黑时，不但采用通常的除尘器不能将炭黑除掉，即使是安装了除尘效率很高且能除去极小粒径灰尘的电除尘器，也不能除去炭黑，不能避免锅炉烟囱冒黑烟。

表 1 各种除尘器的工作性能

4．2 改善燃烧，降低化学不完全燃烧

4．2.1燃料的合理选配

根据锅炉的结构特点及当地煤质的基本情况，试验摸索出适合的煤种特性(水分、挥发分、灰分等含量)，必要时可将不同煤种合理搭配、燃烧，能取得较好的实际效果。

4．2.2 合理配风，维持最佳过量空气系数

炉膛内过量空气系数过小，易造成燃料燃烧不完全，使锅炉热效率降低，同时污染环境。过量空气系数过大，则风机能耗增加，锅炉排烟热损失增大，锅炉效率也降低。

最佳过量空气系数与很多因素有关，不能从理论上确定各种负荷下的最佳过量空气系数。一般都是通过现场试验确定。如果锅炉安装了氧量表或二氧化碳表，判断配风是否良好比较容易。如果没有表计，可通过目测的方法判断：火焰发亮白色说明风量过大，应减少配风量：火焰发暗发红甚至出现黑烟，说明风量不足。当配风良好时，火焰呈麦黄色，火焰轮廓清楚。当配风不良时，火焰轮廓不清楚、回卷，并出现黑烟。

4．2.3 减少漏风，加强可燃气体与空气的混合

炉膛漏风，会降低炉膛温度，使燃烧恶化。因为漏入的冷风一般都不能与燃料接触参与燃烧，而是吸收炉膛热量，降低炉膛温度，增加烟气流速。导致化学不完全燃烧热损量增大。

为了减少漏风，应该做好对锅炉的人孔、检查孔、防爆门、炉膛及水冷壁、过热器、省煤器穿过炉墙处等漏冷风处的检查和防护工作。

因此，从改善燃烧人手，降低化学不完全燃烧热损失，是避免或减少炭黑产生的根本途径，这样做可以达到节约燃料和保护环境的双重目的。

5 结束语

锅炉在实际运行中，会经常出现一些与预设计工作条件和相关指标不符的现象，如燃料性质、实际负荷、过量空气系数和各种热损失等与设计值出现偏差，从而极易导致诸如“烟囱冒黑烟”等不正常现象的产生，因此，充分了解非正常工况下对锅炉运行会产生哪些影响，同时，去积极寻找解决问题的对策，对我们来说是非常必要的。