集中供暖鍋爐房清潔能源改造的探討

王憲輝

摘要：為減少大氣污染物排放，某高校進行了集中供暖系統(tǒng)燃煤鍋爐清潔能源改造，選用燃氣鍋爐作為熱源設備，應用超低氮型燃燒技術、煙氣再燃燒技術和煙氣余熱回收技術，達到了良好的環(huán)保和節(jié)能效果。該項目經過三個采暖季的運行，取得了可觀的環(huán)境效益和社會效益。

關鍵詞：集中供暖；清潔能源改造；節(jié)能減排；煙氣余熱回收

中圖分類號，TU995 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-140-02

前言

近年來，頻繁出現(xiàn)的霧霾天給老百姓的工作和生活帶來諸多不便，也對人們的身體健康造成了危害。霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物等大氣污染物組成，煤炭、石油和天然氣等大量化石燃料的消耗是污染物的主要來源之一，對于北方城鎮(zhèn)來說，供暖期的空氣質量比非供暖期要差很多，因為燃煤是主要的供暖熱源，冬季供暖的耗煤量占全年耗煤量的比重非常大。但供暖是民生工程，如何做到既能保障冬季人們的正常生活，又能改善空氣質量，留住藍天，這已經成為北方城鎮(zhèn)目前亟需解決的問題。

1項目概況

為進一步改善空氣質量，北京市政府2011年4月提出北京市清潔空氣行動計劃（2011-2015年大氣污染控制措施），實施燃煤鍋爐改用清潔能源工程，要求在2015年底前，城六區(qū)基本實現(xiàn)無燃煤。某高校集中供暖鍋爐房正好在改造范圍內，為了能在當年完成所有改造項目，不影響正常供暖，該校于2011年啟動了集中供暖鍋爐房“煤改氣”工程，提前確定改造方案，2012年4月供暖季結束后開始改造施工，11月工程竣工調試，當年冬季燃氣鍋爐房順利投入運行。

2鍋爐房現(xiàn)狀及改造的必要性

該校集中供暖燃煤鍋爐房始建成于1997年，并于2006年進行了鍋爐房增容改造。清潔能源改造前共有7臺熱水鍋爐，其中21MW燃煤鍋爐3臺，15.6MW燃煤鍋爐1臺，14MW燃氣鍋爐3臺，該校供暖時間為每年的11月1日至次年的3月31日，共計151天。

燃煤鍋爐投入使用約15年后，鍋爐本體出現(xiàn)故障的頻率越來越高，運行效率有逐年下降的趨勢。燃煤鍋爐體積大、輔機多，儲煤場、沉渣池、脫硫除塵設備等占地面積大，自動化程度低，運行參數(shù)調節(jié)滯后時間長，工作環(huán)境差，運行人員勞動強度大，這些都是燃煤鍋爐所特有的缺點，而使用清潔能源的鍋爐可以彌補上述缺點，燃煤鍋爐與燃氣鍋爐的優(yōu)缺點對比情況見表1。另外，燃煤鍋爐所帶來嚴重的煙氣污染，不僅影響周邊的環(huán)境，也阻礙了學校“綠色校園”建設步伐。因此，對燃煤鍋爐進行清潔能源改造勢在必行。

3改造方案

3.1改造規(guī)模

學校近些年的基礎設施建設發(fā)展較快，2012年時供暖面積約150萬平方米，到了2018年將超過200萬平方米。為滿足學校未來發(fā)展需要，考慮到安全備用系數(shù)和鍋爐的實際運行效率，選用4臺29MW熱水鍋爐，加上原有3臺14MW熱水鍋爐，總供暖能力達到158MW。既滿足了嚴寒期的使用，也能很好地適應初、末寒期的節(jié)能運行模式調節(jié)，確保在供暖運行期間每臺鍋爐負荷變化不大，盡量保證每臺鍋爐能始終在高效工況下運行。

3.2熱源設備

通過對燃氣、燃油和蓄熱式電鍋爐等各種熱源設備的比較，最終選用燃氣鍋爐主要是基于以下幾點考慮：燃氣鍋爐的能源利用效率高，大氣污染物排放控制相對較好：在熱負荷相同的情況下，燃氣鍋爐設置簡單，方便調節(jié)，易于實現(xiàn)自動化管理：鍋爐房已有3臺燃氣鍋爐，4臺燃煤鍋爐改燃氣鍋爐，7臺鍋爐可保持統(tǒng)一形式，便于運行管理；無電力增容要求，初投資低。

3.3節(jié)能和環(huán)保要求

本項目改造方案的設計原則是既要滿足鍋爐的節(jié)能要求，也必須達到大氣污染物排放的環(huán)保標準，要求燃氣鍋爐熱效率高、環(huán)保性能優(yōu)良、使用安全可靠。節(jié)能方面：要考慮到鍋爐的技術先進性，確保鍋爐本體和燃燒機是高效節(jié)能的，要求鍋爐的熱效率不低于94%，排煙溫度低于90℃，可以采用煙氣余熱回收等節(jié)能技術提高鍋爐熱效率。環(huán)保方面：燃氣鍋爐的二氧化硫和煙塵排放基本為零，因此需要重點考慮的就是氮氧化物的排放。北京市對鍋爐大氣污染物排放的限值已進行多次調整，要求一次比一次嚴格，當時新建鍋爐氮氧化物排放限值為150mg/Nm³，考慮環(huán)保標準有可能繼續(xù)提高，本次改造要求鍋爐爐膛容積與燃燒器實現(xiàn)良好匹配，如有必要采用煙氣回燃技術，以實現(xiàn)氮氧化物排放不超過100mg/Nm³的目標。

3.4鍋爐DCS系統(tǒng)

鍋爐DCS系統(tǒng)是一個專用于鍋爐自動化控制的分布式集散控制系統(tǒng)，將微型計算機軟件、PLC硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合，達到節(jié)能增效，保護環(huán)境，改善工作條件，提高勞動效率的目的。鍋爐DCS系統(tǒng)包括調度室管理層、工業(yè)以太網、現(xiàn)場監(jiān)控上位機、鍋爐控制終端設備，實際系統(tǒng)結構可根據(jù)具體情況靈活配置。本次改造將DCS設置在集中供暖鍋爐房控制室內，要求能夠實現(xiàn)鍋爐參數(shù)設定、能源管理、故障報警、運行參數(shù)采集和記錄、以及報表打印等功能，并與另外3臺原14MW燃氣鍋爐的DCS實現(xiàn)互聯(lián)互通，以便工作人員掌握所有鍋爐和相關設備的整體運行狀況，提高鍋爐房管理水平。

3.5改造具體實施內容

本次改造合理利用原有建筑物構筑物設備和管線，立足于鍋爐房現(xiàn)有基礎條件進行熱源設備的改造，保留了一次水泵房和水處理系統(tǒng)，將引風機房改為庫房，鍋爐房主體建筑不進行改動，將燃煤鍋爐、上煤系統(tǒng)、鼓引風機、除渣系統(tǒng)和脫硫除塵系統(tǒng)全部拆除，將80米高煙囪定向爆破拆除，騰出儲煤場留作學校基礎設施建設用地。

鍋爐設備方面，要求燃燒機和鼓風機采用口碑較好的歐美進口產品，鍋爐本體選用國內知名廠家的成熟爐型，新的4臺燃氣鍋爐安裝在原燃煤鍋爐位置，實現(xiàn)與原有3臺燃氣鍋爐的并聯(lián)運行。

另外，還需提前與市燃氣集團協(xié)調，將天然氣外線和進鍋爐房的天然氣管道進行調整，加大管徑，對調壓站和天然氣表房進行改造，以滿足7臺燃氣鍋爐的用氣需求，

上述燃煤鍋爐清潔能源改造的方案相對簡單易行，能滿足節(jié)能環(huán)保的要求，鍋爐布置合理，占地面積小，投資費用較低，可在供暖結束后安排施工。

4改造前后對比

燃煤鍋爐運行時年耗煤約3.825萬噸，鍋爐二氧化硫年排放量為4.69噸，煙塵年排放量為4.26噸，氮氧化物年排放量為30.99噸。改造后燃用天然氣，可基本實現(xiàn)二氧化硫和煙塵的零排放，并大幅削減氮氧化物的排放，環(huán)境效益相當可觀。二氧化硫削減量為4.69噸，年，煙塵削減量為4.26噸，年，氮氧化物削減量為18.26噸/年。

燃煤鍋爐熱效率低，改造前實測熱效率為78.8%。燃氣鍋爐本身的能源利用效率就比較高，安裝煙氣余熱回收裝置后，鍋爐的排煙溫度明顯降低，熱效率也提高至98%。燃氣鍋爐運行調節(jié)方式更加靈活多樣，可根據(jù)天氣狀況按照鍋爐運行曲線及時調整運行參數(shù)，使熱源供給端的輸出量與使用端的需求量更加匹配，避免造成能源浪費，

燃氣鍋爐的輔機設備數(shù)量少，故障率低，自動化程度高。因此，水電消耗費用、脫硫除塵費用、人工費和日常維護費用都有所降低。但是，由于天然氣的價格比較高，清潔能源改造完成后，燃料成本大幅上漲，燃氣鍋爐的綜合成本比燃煤鍋爐高。

將三個采暖季的運行數(shù)據(jù)與改造前進行對比，發(fā)現(xiàn)每平方米平均燃料成本增加約80%，綜合成本增加約50%。但是綜合考慮清潔能源改造后取得的顯著的環(huán)境效益和社會效益，本項目仍具實施的可行性和必要性。

改造前后燃煤鍋爐與燃氣鍋爐運行參數(shù)、能源消耗指標和大氣污染物排放情況見表2。

5結束語

隨著北京市環(huán)保標準逐年提高，新的《鍋爐大氣污染物排放標準》實施后，還將繼續(xù)推進燃氣鍋爐氮氧化物排放的治理工作，因此，改造方案在環(huán)保和節(jié)能方面要有一定前瞻性。煤改氣后整體運行費用增加，但提高了能源利用效率，通過采用超低氮型燃燒技術和煙氣再燃燒技術，減少了大氣污染物排放，改善了校園環(huán)境。由于改造后燃料費占供暖成本的比重提高，如何進一步挖掘節(jié)能潛力，做好供熱系統(tǒng)運行工作，減少能源消耗，是值得繼續(xù)深入探討的問題。