农产品干燥燃煤热风炉排烟环保技术及装备研究

2016-01-19曾祥平四川省农业机械研究设计院

四川农业与农机 2015年3期

邓　佳　王　鹏　曾祥平　吴　伦　张　艳/四川省农业机械研究设计院

邓佳王鹏曾祥平吴伦张艳/四川省农业机械研究设计院

摘要：干燥是农产品加工中最重要的环节。农产品商品化需长时间储存及远距离运输，必须通过干燥加工将其含水率降至安全储存水平(约12%以下)。目前，干燥农产品使用的燃煤手烧热风炉，其烟气排放达不到国家标准要求，甚至严重超标。新《锅炉大气污染物排放标准》的实施对农产品干燥热源提出了更高的环保要求，加工企业对环保达标的燃煤干燥热源有迫切需求。本文针对目前农产品干燥热风炉排烟环保现状，分析了排烟污染物的类型及产生根源，研发了环保型机烧燃煤热风炉。经权威专业机构检测，机烧燃煤热风炉排放主要指标已达到国家标准要求，并在部分企业推广应用。

关键词：农产品干燥；排烟；环保；技术及装备；研究

1农产品干燥热风炉排烟环保现状

除本地销售鲜食外，大多商品化农产品需要长时间储存及远距离运输，就必须通过干燥加工将其含水率降至安全储存水平，否则会腐烂变质。干燥是农产品加工中最重要的环节。

许多块茎农产品含水率高(如萝卜、魔芋、南瓜等)，部分农产品鲜料含水率达95%以上，收获期集中，极易腐烂，不及时干燥容易造成较大经济损失。接近20 kg农产品鲜料只能干燥出1 kg干品，脱水量大，需要消耗大量热能。在燃煤、燃油、燃气、电热、生物质能、太阳能等农产品干燥热能形式中，燃煤是成本最低、应用最普及、设备热功率可做大的热能。目前，普遍应用的燃煤手烧热风炉排烟环保达不到GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》的要求，而农产品加工企业普遍选择原料覆盖面积大、交通方便、工业基础较好的县级以上工业园区建厂，对排烟环保的要求非常严格。

2相关法规和标准

2.1新环保法[1]

2014年4月24日，十二届全国人大常委会第八次会议审议通过了《中华人民共和国环境保护法》修订案，于2015 年1月1日开始实施。这部法律增加了政府、企业及个人的责任和处罚力度，被称为“史上最严的、长了牙齿的环保法”。

第四十四条国家实行重点污染物排放总量控制制度。热风炉烟尘及SO2属于排放总量控制对象。

第四十六条国家对严重污染环境的工艺、设备和产品实行淘汰制度。任何单位和个人不得生产、销售或者转移、使用严重污染环境的工艺、设备和产品。

手烧燃煤热风炉属于严重污染环境的设备。

2.2锅炉大气污染物排放新标准[2]

修订后的GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》于2014年7月1日实施。

新标准中定义的锅炉是利用燃料燃烧释放的热量及其他能加热热水或其他工质，以生产规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。该锅炉定义包含了农产品干燥使用的燃煤热风炉。

与旧标准(GB 13271-2001)比，新标准大幅提高了烟气排放污染物的指标限值要求，规定2015年1月1日后新建燃煤锅炉颗粒物排放限值一概为50 mg/m3(GB 13271-2001规定一类区80 mg/m3、二类区200 mg/m3、三类区250 mg/m3)及烟气林格曼黑度≤1级，新标准规定SO2排放限值300 mg/m3(GB 13271-2001规定为900 mg/m3)。这些指标限值要求非常高。

在当前雾霾严重、对PM2.5敏感的背景下，配合《中华人民共和国环保法》《中华人民共和国大气污染防治法》及锅炉大气污染物排放等新标准的实施，许多地方政府积极实施“蓝天工程”项目，农产品干燥普遍应用的手烧燃煤热风炉将会被禁止使用。

3燃煤热风炉排烟污染物类型及产生原理

3.1排烟污染物类型

煤被加热时，总有一部分气态物质先分解析出，这部分物质称为挥发分(包含煤中水分)，剩余部分称为焦。焦中主要含碳和灰分。几乎在所有煤中，碳是主要可燃物质，挥发分中的主要可燃物质是碳氢化合物。挥发分燃烧时，周围的氧气在火焰表面被消耗尽而进不到火焰内部，火焰内的碳氢化合物在高温下发生热分解，产生微小碳黑，碳黑在高温下发光，形成明亮的火焰；如果燃烧不充分(缺氧燃烧)，碳黑没有燃尽而穿出火焰，则形成黑烟。挥发分越多，燃烧时火苗越长，冒黑烟现象越严重。

燃煤热风炉排烟中污染物有颗粒物、SO2、NOX、汞及其他化合物。本文主要研究烟气排放中颗粒物及黑度控制。烟气排放中的颗粒物有不可燃无机灰分和没有完全燃烧的碳黑粒子。粒径大的颗粒物可通过机械除尘法，如沉降室、旋风除尘器、水沫除尘器、滤袋除尘器、静电除尘器、脉冲除尘器等进行收集，收集效率可达98%以上；但煤中可燃挥发物(褐煤含挥发分可达40%左右，烟煤含挥发分30%以上，无烟煤含挥发分10%以下)在缺氧条件下分解和裂化出来的微小碳黑一般粒径为0.05～1.00 μm，属于飘尘(粒径在10 μm以下粉尘)，即使在完全静止的空气中也不会自然沉降下来，通过机械除尘法收集不到，微小碳黑多时会造成烟囱冒黑烟，致使烟气黑度达不到国标要求。

3.2污染物产生原理

手烧热风炉的煤燃料是周期性间歇投入炉内的，燃烧过程随燃料层厚度变化呈周期性变化。新燃料投入时，燃料层最厚，助燃通风阻力最大，进入炉内的助燃空气量最小，但此时正是燃料预热干燥、燃料挥发分和焦炭开始燃烧需要大量空气的时候，会出现新燃料开始燃烧而空气量不足的现象，造成可燃挥发物中热裂解析出的碳黑不能完全燃烧及烟囱冒黑烟现象。随着燃料燃烧，燃料层厚度逐渐减薄，当燃料接近燃尽时，燃料层阻力降低，进入炉内的空气量增大，出现烟气中过量空气带走热量的现象。这种燃烧过程的周期性变化是手烧炉烟囱冒黑烟及热效率低的主要原因。手烧炉的理论需求助燃空气量与实际供给空气量关系见图1。在同一时刻，其需求的助燃空气量与实际供给的空气量关系恰好相反。

4燃煤热风炉排烟污染物控制技术及装备研究[3～5]

四川省农业机械研究设计院研发的机烧燃煤热风炉克服了手烧热风炉的上述缺陷，采用了连续上煤及连续除渣的燃烧机底座，燃烧室内增加耐温混凝土前后拱结构设计。

1)前拱的热反射能够预热新进炉内的煤，使新煤升温并分解和裂化析出挥发分，继而着火燃烧，没有充分燃烧的微小碳黑粒子通过前拱导流到高温区，与后拱导流来的过量空气充分混合进行二次燃烧；后拱能够将过量的助燃空气导流到高温区与可燃挥发物充分混合而燃尽；后拱导流的烟气在喉口处转弯时能够将炽热的碳粒抛向预热区的煤层，有助于新煤的升温及着火。

2)燃烧机自动连续进煤及自动连续除渣，煤层厚度、煤的输送及燃烧速度、燃烧时间、助燃空气供给量等燃烧工况参数非常稳定，可调的分区送风确保了各燃烧段助燃空气的适量稳定供给，燃烧效率高。

3)烟气通过高温区沉降室除尘、换热器底部风腔沉降除尘及尾部的高效多管除尘器三级除尘，排放黑度及颗粒物浓度均能达到GB 13271-2014要求。