新型高效煤粉工業鍋爐在區域供熱項目的應用

王翼鵬

（1.國家環境保護燃煤工業鍋爐節能與污染控制工程技術中心，北京 100012；2.北京大邦實創節能技術服務有限公司，北京 100012）

新型高效煤粉工業鍋爐在區域供熱項目的應用

王翼鵬1,2

（1.國家環境保護燃煤工業鍋爐節能與污染控制工程技術中心，北京 100012；2.北京大邦實創節能技術服務有限公司，北京 100012）

供暖行業是耗煤大戶，鍋爐熱效率普遍處于60%～65%。新型高效煤粉工業鍋爐的熱效率平均在90%以上，其煙塵、SO2、NOx污染物的排放優于國家標準規定的燃煤工業鍋爐大氣污染物的排放限值，達到燃油、燃氣鍋爐的排放標準，同時具有系統全程密閉運行，作業環境良好等特性，在區域供熱項目具有廣闊的發展空間。

煤粉工業鍋爐；區域供熱；節能；污染控制

引言

長期以來，煤炭在我國能源結構中占據主導地位。2014年我國能源消費總量為42.6億噸標準煤，其中煤炭占比66%。橫向比較，煤炭消費量更是占到全球煤炭消費總量的50.6%[1, 2]。高效清潔地利用煤炭資源，一直是我國能源工作的重要課題。

工業鍋爐是重要的熱能動力設備，廣泛應用于冶金、化工、水泥、造紙、供熱等多個行業。目前，我國在用燃煤工業鍋爐47萬余臺，占工業鍋爐總量的80%以上。受燃燒方式、工藝配置及運營管理水平等多種因素影響，普遍熱效率處于60%～65%，低于發達國家80%的運行水平。由于總量巨大，工業鍋爐是名副其實的用能大戶，年消耗煤炭達6.4億噸，其中供暖行業消費量達2.3億噸[1]。加快燃煤工業鍋爐節能技術改造，推進節能新技術、新產品的廣泛應用，提升供暖企業能效水平，對于我國降低工業經濟能耗作用重大、影響深遠。

近年來，我國相關企業通過自主研發和集成創新，集成了煤粉集中制備供應、全程密閉精密供粉、空氣分級低氮燃燒、煙氣尾端凈化和全程自動控制等先進技術，成功開發出一種新型高效煤粉工業鍋爐[3, 4]，在多地區域供熱項目中成功應用。

1 新型高效煤粉工業鍋爐系統

新型高效煤粉工業鍋爐根據工藝布置和系統功能可分為：1）煤粉儲存系統；2）煤粉輸送和燃燒系統；3）鍋爐本體；4）煙氣凈化系統；5）飛灰收集和儲存系統；6）壓縮空氣系統；7）自動控制系統等。其工作系統見下圖。

新型高效煤粉工業鍋爐系統簡圖

由上圖可知：1）煤粉儲存系統由煤倉以及保障煤粉精準配給的計量倉構成，結合放空除塵器、供粉管、計量倉和煤倉聯通管、壓縮空氣流化裝置和惰性氣體保護裝置，以及煤粉料位、溫度和CO氣體檢測系統構成一整套能夠實現安全、穩定的儲存系統；2）煤粉輸送和燃燒系統由輸送風機、煤粉混合器、二次風機和低氮燃燒器構成，結合燃燒器配套點火裝置、精密給粉機及配風、輸粉管路，以及送粉和空氣的參數檢測系統，構成可以連續、穩定輸粉，以及便捷點火的系統；3）鍋爐本體可采用臥式結構或立式結構，鍋爐功率29MW以臥式結構為主，燃燒器和點火裝置一般布置在前墻，并在燃燒器和鍋爐中間設置預燃室，兼顧節省點火燃料和拓展煤粉使用范圍的目的。立式結構廣泛應用在功率58MW以上鍋爐，根據燃燒系統布置方式的不同，有直流燃燒器四角切圓布置和旋流燃燒器對稱布置兩種方式；4）煙氣凈化系統包括袋式除塵器、濕法脫硫和脫硝三部分內容。分別用于脫除煙氣中的粉塵、SO2和NOx三種污染物；5）飛灰收集和儲存系統用于收集鍋爐本體、袋式除塵器排泄的飛灰，采用氣力輸送技術以全程密閉的方式輸送至灰庫統一收儲；6）壓縮空氣系統由空壓機、儲氣罐、過濾器、壓縮空氣干燥機等組成，主要為煤倉、燃燒器、除塵器、倉泵等設備提供壓縮空氣，以滿足煤粉流化、燃油霧化、在線吹掃和飛灰輸送等要求；7）自動控制系統采用基于DCS系統的集成控制終端平臺，對整個煤粉工業鍋爐系統的煤粉、給水、煙氣、飛灰等不同介質的參數進行分散采集，通過對系統內動力機械和執行機構的集中控制，實現鍋爐負荷調節、燃燒優化和煙氣凈化系統一體化控制。

2 污染控制措施

新型高效煤粉工業鍋爐系統通過集成袋式除塵技術、濕法脫硫技術以及低氮燃燒聯合SNCR脫硝技術，分別對粉塵、SO2和NOx等污染物進行凈化和控制。

袋式除塵技術是一種利用袋狀過濾元件捕集含塵氣體中固體顆粒物的干式除塵技術。該技術的除塵效率一般可達到99.5%以上，煙塵排放質量濃度可低于30mg/m3，對亞微米顆粒具有較高的分級除塵效率[5]。已廣泛應用于工業領域，成為我國大氣污染控制特別是PM2.5排放控制的主流技術。

濕法脫硫技術是一種用堿性氧化物水溶液或水漿液在吸收塔內噴淋洗滌煙氣中SO2的技術，在電力、冶金、石化等行業應用廣泛，約占世界脫硫總裝機容量的85%。根據采用脫硫劑的不同，常用的濕法脫硫技術有石灰石/石膏法、氨法和氧化鎂法等，均能達到95%以上的脫硫效率。

低氮燃燒技術是采用空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環等手段，以控制熱力型NOx的一類技術的統稱。根據生成途徑的不同，NOx可分為熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx三類，溫度是影響熱力型NOx的主要因素。低氮燃燒通過延緩燃燒進程或稀釋煙氣顯熱，可有效控制燃燒室溫度進而實現減少熱力型NOx生成的目的。選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR）是一種通過向高溫煙氣中噴入尿素溶液或氨水作為還原劑，選擇性地將煙氣中的NOx還原為N2和H2O的脫硝技術。操作溫度在800℃～1000℃，脫硝效率在30%～80%[6]。低氮燃燒聯合SNCR脫硝技術采用“前端控制+后段治理”的兩段式結構，集成了低氮燃燒技術和SNCR脫硝技術。

國家環境保護燃煤工業鍋爐節能與污染控制工程技術中心（以下簡稱“工程中心”）采用空氣分級燃燒和煙氣再循環等手段，開發的新一代煤粉工業鍋爐燃燒器已可實現NOx折算初始排放濃度＜200mg/m3，SNCR技術脫硝效率按55%考慮，NOx排放濃度已可達到100mg/m3以下，滿足并優于國家標準。個別不宜實施煙氣再循環和空氣分級的鍋爐系統，也可選用脫硝效率更高的選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，簡稱“SCR”）脫硝技術，實現NOx的達標排放。

3 項目案例與技術優點

目前，新型高效煤粉工業鍋爐已在我國東北、華北和西北地區推廣應用上百臺，用戶包括惠天熱電、陜煤化集團、蘭州熱力集團等。

3.1 應用案例

東北某省會城市2#熱源廠占地15,277平方米，選用藍天環保2臺58MW新型高效煤粉工業鍋爐（型號AXS58-1.6/130/70-AⅢ）及附屬配套設施，為國際機場及周圍城區提供熱源。2013年，組織對該熱源廠兩臺鍋爐進行環保測試，結果表明其煙塵、SO2排放指標均優于國家標準（見表1）。

石家莊市為了加強居民供熱工程的霧霾治理，選用了2臺29MW新型高效煤粉工業鍋爐（型號QXS29-1.6/125/70-AⅢ）及附屬配套設施，為石家莊市西北區域提供熱源。2015年，組織對該熱源廠2#鍋爐進行環保

測試，結果表明其煙塵、SO2和NOx排放指標均優于國家標準（見表2）。

表1 2#熱源廠環保檢測結果

表2 西北供熱2#爐環保檢測結果

3.2 技術優點

新型高效煤粉工業鍋爐系統具有下述優點：

（1）排放優于國家環保指標：系統集成了袋式除塵技術、濕法脫硫技術，以及低氮燃燒聯合SNCR脫硝技術，對灰塵、SO2、NOx進行捕捉、過濾后排放，通過案例展示，指標優于燃煤工業鍋爐的排放限值，達到燃油、燃氣鍋爐的排放標準。

（2）環境友好特性：傳統燃煤鍋爐房的煤炭堆場和渣場被煤倉和飛灰塔取代。煤粉在密閉狀態下供給熱源廠的煤倉，燃燒殘余的飛灰經氣力輸送收集至灰庫，灰庫干灰經加濕攪拌后供給建筑企業。系統全程密閉運行，作業環境良好，媲美燃氣、燃油鍋爐房。

（3）先進的控制系統：DCS控制系統有別于傳統的手工控制方式，輔以適當的控制策略，實現鍋爐系統安全、自動、平穩調節，輔以網絡技術，可實現遠程控制，產品向無人值守運行、智能化發展。

（4）節能效果：燃煤工業鍋爐平均熱效率在90%以上，對比普通燃煤鍋爐的平均熱效率65%，從能源利用效率來看，節能30%以上。據估算，全國工業鍋爐（窯爐）如全部改造升級為高效煤粉工業鍋爐，預計每年可節約2.5億噸標煤[7]。

4 發展與展望

4.1 已形成一批掌握核心技術的產業集群

研究機構和高新技術企業為高效清潔煤粉工業鍋爐在我國的發展做出了積極的貢獻。目前，相關企業已擁有國內最大、年產4萬蒸噸的新型高效煤粉工業鍋爐及煙氣凈化成套裝備生產線，產品序列覆蓋2.8～116MW熱水工業鍋爐和4.0～220t/h 蒸汽工業鍋爐。

4.2 政府部門積極出臺相關政策

隨著煤粉工業鍋爐項目的廣泛應用，有關部門的認識不斷深化，一些省市積極出具了相關政策。甘肅省2013年率先出臺了《加快推廣高效環保煤粉工業鍋爐技術意見的通知》[8]，積極推廣以高效環保煤粉工業鍋爐技術為核心的分布式熱源動力服務體系，建立了高效環保煤粉工業鍋爐政府采購制度。2016年3月，山東省更是制定了《高效環保煤粉鍋爐推廣行動計劃（2016～2018年）》，計劃用3年時間推廣高效環保煤粉鍋爐2.5萬蒸噸以上。

4.3 展望

（1）集中供熱在我國北方地區是一項重要的民生工程。隨著新型高效煤粉工業鍋爐在集中供暖領域的大面積應用，可提高我國燃煤工業鍋爐能效利用平均水平，從源頭減少煤炭消耗，具有明顯的經濟效益。

（2）配套污染控制措施，排放數據可以達到并優于國家相關指標。減少了能源轉化過程污染物的產生量，符合國家大氣霧霾治理要求，具有良好的環境效益。

（3）配套先進的控制系統，提升集中供熱領域先進技術裝備產業化利用水平，對加快落后燃煤工業鍋爐的淘汰，有積極示范效應，具有良好的社會效益。

（4）隨著政府在公用事業領域PPP模式的進一步推廣，在財政資金、融資渠道拓展、金融機構創新等多方推動下，會進一步拉動社會資金的有效關注，從而與政策的驅動形成合力，加速高效煤粉工業鍋爐系統的推廣。

[1] 中華人民共和國國家統計局．中國統計年鑒[J]．2015．

[2] BP． BP世界能源統計年鑒[J]．2015．

[3] 郎鳳娥，張宗旺，杜銘華．煤粉工業鍋爐的穩燃方法及裝置[P]．中國專利：201010199961．1，2010-09-22．

[4] 王民法，杜銘華，王歡．煤粉精細燃燒冷熱聯供系統[P]．中國專利：201220651582．6，2013-06-05．

[5] 中國環境保護產業協會袋式除塵委員會．我國袋式除塵設計水平的全面進步[J]．中國環保產業，2015（3）．

[6] 孫克勤，鐘秦．火電廠煙氣脫硝技術及工程應用[M]．北京：化學工業出版社，2006．

[7] 國家能源局西北能源監管局．煤粉高效燃燒技術發展情況調研報告[R]．西安，2015．

[8] 甘肅省工業和信息化委員會，甘肅省環保廳．關于印發加快推廣高效環保煤粉工業鍋爐技術意見的通知[Z]．蘭州，2013-07-08．

Application of New-type & High Efficiency Pulverized Coal Industrial Boiler in District Heat Supply Project

WANG Yi-peng

TK229.6

A

1006-5377（2016）11-0028-03

國家科技支撐計劃項目（2014BAA07B02）。