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工業(yè)爐窯是鑄造工業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的重要設(shè)備。目前我國鑄造工業(yè)爐窯主要有熔煉（化）爐、保溫爐、熱處理爐等，常用燃料以天然氣、鑄造焦炭為主，隨著鑄造行業(yè)環(huán)保要求的不斷提高，工業(yè)爐窯的污染物排放控制越來越多地受到關(guān)注。

GB 39726-2020《鑄造工業(yè)大氣污染物排放標準》中規(guī)定，實測大氣污染物排放濃度應(yīng)換算為基準含氧量的排放濃度，也就是說判斷大氣污染物排放濃度是否達標是以折算濃度為基礎(chǔ)的。基準含氧量通常指燃料恰好充分燃燒時煙氣中含有的過剩氧濃度，按照基準含氧量對煙氣中的污染物濃度進行折算，可以保證排放濃度不因過剩空氣系數(shù)的變化或人為稀釋而變化。

煙氣含氧量是計算工業(yè)爐窯污染物排放濃度的重要參數(shù)，在運行中有效控制煙氣含氧量，是其污染物排放能否達標的關(guān)鍵。GB 9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》和GB 39726-2020《鑄造工業(yè)大氣污染物排放標準》規(guī)定了沖天爐和燃氣爐的過量空氣系數(shù)或基準含氧量，鑄造企業(yè)大氣污染物排放濃度應(yīng)換算為基準含氧量狀態(tài)的大氣污染物基準排放濃度，并以此作為達標判定依據(jù)，因此控制煙氣含氧量，對控制燃燒過程，實現(xiàn)安全、高效和低污染物排放是非常重要的。

實際生產(chǎn)中，為使燃燒充分，一般會在煙氣中加入過量空氣（即過量的氧），這樣就產(chǎn)生了“稀釋”作用，被“稀釋”的污染物的排放濃度自然會降低；另一方面，當人為的增大煙氣量，煙氣實測含氧量會隨之提高，污染物的排放濃度也會降低。為了消除燃燒設(shè)備運行工況差異、人為干擾等因素影響，提高不同工況下監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性，國家采取在排放標準中規(guī)定基準含氧量（或過量空氣系數(shù)）對實測濃度進行折算的方式，以避免實測含氧量過小造成“濃縮”，使排放濃度“增加”；或因?qū)崪y含氧量值過大造成“稀釋”，使排放濃度“降低”造成達標排放的假象。

根據(jù)GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》和GB 9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》的規(guī)定，大氣污染物排放濃度的折算公式：

因此，無論標準中以過量空氣系數(shù)還是基準含氧量來表示，二者可以互相轉(zhuǎn)換且區(qū)別不大。

GB 9078-1996規(guī)定冷風(fēng)沖天爐的過量空氣系數(shù)為4.0，熱風(fēng)沖天爐的過量空氣系數(shù)為2.5，其他工業(yè)爐窯過量空氣系數(shù)為1.7；GB 39726-2020規(guī)定冷風(fēng)沖天爐的基準含氧量為15%，熱風(fēng)沖天爐的基準含氧量為12%，燃氣爐的基準含氧量為8%，國家標準中工業(yè)爐窯的過量空氣系數(shù)與基準含氧量如表1所示。

表1 國家標準中工業(yè)爐窯相關(guān)的過量空氣系數(shù)和基準含氧量

根據(jù)公式（1）和（2），在煙氣實測含氧量一定時，基準含氧量越大，折算排放濃度數(shù)值越?。换鶞屎趿恳欢〞r，煙氣實測含氧量越小，折算排放濃度數(shù)值越小。因此，單純從基準含氧量的要求來說，GB 39726-2020比GB 9078-1996的要求略嚴格一些。

表2 地方標準中工業(yè)爐窯相關(guān)的過量空氣系數(shù)和基準含氧量

按照GB 39726-2020的基準含氧量的規(guī)定，圖1總結(jié)了不同基準含氧量時，實測含氧量對折算污染物濃度的影響。以顆粒物為例，GB 39726-2020對沖天爐的限值為40 mg/m³，對燃氣爐的限值為30 mg/m³，若實測顆粒物的濃度為10 mg/m³，則對應(yīng)的冷風(fēng)沖天爐的實測含氧量不得大于19.5%，熱風(fēng)沖天爐的實測含氧量不得大于18.75%，燃氣爐的實測含氧量不得大于16.7%。在國家標準層面上，沖天爐和燃氣爐大多數(shù)都可以符合要求；但是在地方標準要求排放濃度更低的區(qū)域（如山東、河南要求排放濃度為10 mg/m³）或在重點區(qū)域期望獲得更高績效級別的企業(yè)，如果維持上述的實測含氧量則很難達到標準要求?；鶞屎趿空鬯銓ξ廴疚镏笜说呐欧艥舛仁潜稊?shù)關(guān)系，在污染物治理效率提高到一定程度后，降低污染物的實測排放濃度會變得十分困難，在選擇解決問題的工藝措施時，優(yōu)先降低實測含氧量也就是提高燃燒效率是最合理的。

圖1 實測含氧量對排放濃度的影響

鑄造工業(yè)屬于典型的離散型制造行業(yè)，大多數(shù)的鑄造企業(yè)實行間歇式生產(chǎn)。根據(jù)鑄造工業(yè)的生產(chǎn)實際，對于設(shè)置自動監(jiān)測的排放口，為了使其廢氣排放濃度合規(guī)判定更加切合實際，減少企業(yè)因正常生產(chǎn)而造成的污染物排放超標問題，企業(yè)應(yīng)關(guān)注爐窯正常生產(chǎn)時段、啟停時段以及非常生產(chǎn)時段的實測含氧量的變化。

某企業(yè)使用熱風(fēng)沖天爐熔煉（化），該設(shè)備的實測含氧量的變化如圖2所示。該熱風(fēng)沖天爐的正常生產(chǎn)時段大多在11%～13.5%之間，但是當停爐和開爐的時間段內(nèi)，實測含氧量將急劇增加，此時盡管實際排放的污染物濃度在下降，但污染物的折算濃度將顯著升高，從而造成企業(yè)頻繁向主管部門報備非正常生產(chǎn)。

圖2 某企業(yè)熱風(fēng)沖天爐實測含氧量的變化圖

某企業(yè)使用燃氣爐熔煉（化）鋁合金錠，燃料使用天然氣，該設(shè)備的實測含氧量的變化如圖3所示。相對于沖天爐，燃氣爐與基準含氧量的偏差更大，該燃氣爐的正常熔煉（化）時段大多在15%～16%之間，但企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，需要經(jīng)常打開爐門添加原輔材料、扒渣及出金屬液操作，此時會有冷空氣混入爐窯內(nèi)，實測含氧量明顯增加，造成污染物的折算濃度顯著升高，這可能也是導(dǎo)致其正常熔煉實測含氧量過高的原因之一。在生產(chǎn)周期內(nèi)，該企業(yè)的平均實測含氧量達到16.4%，其折算倍數(shù)為2.8，導(dǎo)致企業(yè)略有達標的壓力。

圖3 某企業(yè)燃氣爐的實測含氧量的變化圖

針對鑄造工業(yè)的生產(chǎn)實際，部分地方標準對非正常時段進行了規(guī)定，如DB 41/1066-2020河南省《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》，規(guī)定爐窯啟停階段（含氧量不低于19%的情形）和非密閉式生產(chǎn)的加熱爐、熱處理爐、干燥爐按實測濃度計，使標準更符合生產(chǎn)實際情況。為了解決上述問題，對于自動監(jiān)測設(shè)備，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《排污單位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)異常標記規(guī)則（征求意見稿）》，用于標記自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，火電、水泥、造紙、生活垃圾焚燒發(fā)電等行業(yè)也發(fā)布了行業(yè)排污單位自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標記規(guī)則，推動了以排污單位自主標記為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)有效性判定規(guī)則體系建設(shè)，鑄造行業(yè)也應(yīng)在適宜的時機建立本行業(yè)的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)標記規(guī)則。

4.1 減少混合排放

為了減少無組織排放，使用燃氣爐的鑄造企業(yè)，有時會將爐門的集氣與爐窯的燃燒廢氣混合排放（如圖4），如有這種情況，建議企業(yè)應(yīng)及時改進，因為爐門的集氣通常是在扒渣或添加爐料時才起到捕集作用，此處收集的廢氣未經(jīng)過燃燒，如混合排放，會大大增加爐窯廢氣內(nèi)的實際含氧量，從而造成污染物指標的超標；還有企業(yè)將澆包烘干的廢氣與燃氣爐的廢氣混合排放（如圖5），澆包烘干的廢氣通常是敞開式的，密閉性較差，實際含氧量較高，二者混合排放也會造成爐窯廢氣的實際含氧量過高。

圖4 爐門廢氣與爐窯廢氣的混合排放

圖5 澆包烘干與燃氣爐的混合排放

在這種情況下，企業(yè)的典型實測含氧量見圖6。該企業(yè)的實測含氧量一直在大于19%的水平上運行，在生產(chǎn)周期內(nèi)，實測含氧量的平均值達到了19.5%，其折算倍數(shù)為8.6，企業(yè)達標的壓力極大。因此，燃氣熔煉（化）爐的廢氣宜獨立排放。

圖6 燃氣爐混合排放的實測含氧量變化圖

4.2 加強氣密性

用于熔煉（化）工序的爐窯宜盡量增加其氣密性，觀察孔不用時要封閉；如使用加料機，最好使用密封加料口的，以便能將加料口擋嚴，減少熱量溢出和冷空氣進入爐窯；煙氣管道的密封也很重要，尤其是在管道的接口處，宜增加其氣密性，減少冷風(fēng)的混入。嚴密的密封可減少熔化和保溫過程中的熱量損失，從而節(jié)約能源，同時還可防止空氣進入爐膛內(nèi)增加不完全燃燒的幾率。

4.3 應(yīng)用新技術(shù)

企業(yè)宜采用新技術(shù)降低燃料的消耗量，如采用爐料預(yù)熱技術(shù)，有助于提高爐溫均勻性，減少局部過熱過燒現(xiàn)象；改善燃燒器，合理控制空燃比，使爐膛內(nèi)的溫度分布更加均勻，提高燃燒效率，一方面可有效降低NOx的生成量，另一方面有助于減少金屬氧化，并優(yōu)化熔煉爐的整體生產(chǎn)率。

環(huán)保政策對于鑄造企業(yè)來說，既是一場危機也是一種機遇。鑄造企業(yè)的環(huán)保政策日趨加嚴是不可改變的趨勢，企業(yè)要順勢而為，抓住新的發(fā)展機遇。鑄造企業(yè)應(yīng)設(shè)置專門的環(huán)境管理部門，至少應(yīng)設(shè)置專門的環(huán)境管理人員，關(guān)注國家政策的變化，明確發(fā)展方向，探索從原料、生產(chǎn)、設(shè)備、技術(shù)等領(lǐng)域的創(chuàng)新，加快產(chǎn)品升級和轉(zhuǎn)型速度。企業(yè)要重視環(huán)境保護工作，提高自身環(huán)保意識，扭轉(zhuǎn)粗放增長的思維，通過技術(shù)改革博取未來發(fā)展的空間。