中小型燃煤鍋爐的清潔能源改造

張裕泰，李鴻濤，鄭曉鵬

（1.佛山市節(jié)能減排服務(wù)管理中心有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，廣州 510045；3.中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510650）

1 引言

廣東省是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，印染、化工、制藥、包裝材料、食品等以蒸汽為主要能源的生產(chǎn)企業(yè)分布在各地村鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)中，除部分工業(yè)園區(qū)或鄰近熱電廠有集中供熱的條件外，大多數(shù)企業(yè)都是采取自備熱電廠或鍋爐房供熱方式，但由于高投資、高運行成本的原因，鍋爐基本都是低壓燃煤鍋爐，早期以鏈條鍋爐、推排鍋爐為主，后期因環(huán)保要求的限制，新建鍋爐以循環(huán)流化床鍋爐為主，雖然該類型鍋爐煤種適應(yīng)性好，熱效率明顯提高，但因被大面積使用，仍然造成了嚴重的環(huán)境污染。

隨著經(jīng)濟發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級，很多企業(yè)因污染或成本問題被關(guān)停或外遷，但仍有大量鍋爐在用。根據(jù)《廣東省工業(yè)鍋爐污染整治實施方案（2012～2015年）》和《廣東省大氣污染防治行動方案（2014～2017年）》，廣東省對在用的中小型燃煤鍋爐持續(xù)進行了淘汰，或針對性的更新升級，避免了重復(fù)改造，有效提高了鍋爐能效，減少了大氣污染物排放。

2 改造的原則和要求

2.1 對15蒸噸以下燃煤鍋爐，包括蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、有機熱載體鍋爐，建議選擇以下改造方案之一

1）有條件集中供熱的區(qū)域，應(yīng)直接淘汰燃煤鍋爐，紡織印染、熱定型等需要較高溫度工藝的可采用中壓或次中壓蒸汽供熱或燃氣直燃取代有機熱載體燃煤鍋爐；2）更新或改造為清潔燃料（電力、天然氣，液化石油氣、普通柴油）鍋爐，燃氣鍋爐可采用冷凝式高效鍋爐；3）1蒸噸（含）以下鍋爐適宜改為電加熱鍋爐，可配合空氣能熱泵或太陽能熱水系統(tǒng)使用，熱水鍋爐盡可能用空氣能熱泵代替。

2.2 存在以下問題的鍋爐，應(yīng)直接淘汰、更新

1）屬于國家明令淘汰的鍋爐，或已列入地方政府淘汰目錄的鍋爐；2）因安全原因被鍋爐安全監(jiān)管部門鑒定為不適宜繼續(xù)使用的鍋爐。

2.3 對仍有改造價值的現(xiàn)有鍋爐，建議作適應(yīng)性改造

1）鍋爐改造必須遵照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及國家有關(guān)技術(shù)法規(guī)進行；2）鍋爐改造應(yīng)符合國家和地方環(huán)保各項技術(shù)指標的要求；3）鍋爐改造工作實施前，應(yīng)報當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門審批，改造方案報當(dāng)?shù)劐仩t監(jiān)管部門批準；4）改造后的鍋爐原則上維持原鍋爐的額定參數(shù)不變或降壓使用，鍋爐能效達到相關(guān)規(guī)定要求；5）改造工作完成后應(yīng)進行鍋爐安全驗收、環(huán)保驗收和鍋爐能效評定。

3 鍋爐改造技術(shù)要點

3.1 拆除煤設(shè)備，重新設(shè)計爐膛和爐體

1）拆除輸煤、上煤設(shè)施，層燃式鍋爐的爐排及前后軸和后部老鷹鐵、爐排變速箱、出渣機等設(shè)備均需拆除，不允許另行設(shè)置爐排備用燃煤；2）根據(jù)改造后使用的燃料種類，結(jié)合原爐膛結(jié)構(gòu)，對爐膛進行熱力計算，重新設(shè)計爐膛；3）對于裸露在爐膛內(nèi)的鍋筒底部應(yīng)進行絕熱處理，避免火管鍋爐的管板入口處因煙溫過高導(dǎo)致管板產(chǎn)生裂紋；4）爐內(nèi)結(jié)構(gòu)應(yīng)能保障煙氣通暢，避免出現(xiàn)死角和死區(qū)，為防止燃油霧化不良或燃燒不完全的燃氣在爐內(nèi)聚集引起著火或爆炸，在鍋爐的適當(dāng)部位應(yīng)裝置防爆門；5）爐子正能微正壓燃燒，故應(yīng)做好爐體保溫密封，防止噴出火焰?zhèn)嘶蛳驙t內(nèi)漏入冷空氣，對于必須保留的看火孔應(yīng)采用封閉式看火孔，通過耐熱玻璃觀察爐火。

3.2 充分利用煙氣余熱，拆除不必要的輔機

1）使用清潔燃料后，排煙溫度可降低，故應(yīng)增加尾部受熱面或安裝煙氣余熱回收裝置，用于熱水換熱或助燃空氣加熱，以提高能源利用率；2）清除原受熱面內(nèi)外側(cè)的水垢和煙垢，改善換熱，對鍋爐本體及其輔機、管道、保溫等各系統(tǒng)進行全面檢查維修；3）核算風(fēng)機水泵等輔機電機功率，將電機更換為節(jié)能電機，給水泵和引風(fēng)機采用變頻控制；4）對于煙氣能穩(wěn)定達標排放的鍋爐，征得環(huán)保部門同意，可拆除脫硫除塵塔等煙塵處理設(shè)施，減少電耗；5）應(yīng)對蒸汽用戶的蒸汽凝結(jié)水進行回收。

3.3 燃燒器和控制系統(tǒng)改造

燃燒器的選擇應(yīng)適應(yīng)燃料特性，并應(yīng)符合下列要求：1）燃油燃燒器的霧化性能好，燃氣燃燒器混合性能好，具有微正壓燃燒特性，火焰形狀與爐膛結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，噪聲較低；2）燃燒器能適應(yīng)燃料成分或熱值在一定范圍內(nèi)的改變，能較好地適應(yīng)蒸汽負荷變化，如將普通柴油作為備用燃料時，燃燒器應(yīng)能適應(yīng)備用燃料；3）燃燒器應(yīng)設(shè)置在爐膛中心高度位置，有足夠的燃燒空間和長度，火焰不應(yīng)沖刷到受熱面管壁上，以免造成氣體不完全燃燒和管壁局部過熱損壞；4）改造后鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：爐膛出口溫度超高報警、停爐，排煙溫度超高報警；燃氣高、低壓報警，燃氣系統(tǒng)泄漏報警，停爐；燃燒負荷自動調(diào)節(jié)，大、小火自動轉(zhuǎn)接，空燃比自動調(diào)節(jié)；燃燒過程自動控制，實現(xiàn)自動預(yù)吹掃，高壓點火，火焰自檢，火焰監(jiān)測，故障熄火缺水報警停爐連鎖，燃燒機停爐后吹掃功能；引風(fēng)機與燃燒機順控連鎖。

3.4 能源計量與經(jīng)濟運行監(jiān)測

1）改造后的鍋爐應(yīng)安裝燃料和蒸汽（熱水）計量裝置，熱水鍋爐和有機熱載體鍋爐可安裝熱流量裝置，計量裝置應(yīng)具有自動記錄和通訊功能，計量儀表的精確度應(yīng)不低于2.5級；2）有條件時安裝煙氣測氧裝置，確保設(shè)備經(jīng)濟運行；3）鍋爐房應(yīng)有健全的運行記錄和能源統(tǒng)計管理制度，實施經(jīng)濟運行考核。

4 鍋爐房及管道布置要求

4.1 燃油、燃天然氣鍋爐房布置要求

1）改造后鍋爐房的布置及相關(guān)設(shè)施應(yīng)符合《鍋爐房設(shè)計規(guī)范》（GB50041）和現(xiàn)行國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016）規(guī)定，鍋爐布置應(yīng)滿足安裝、運行和檢修的要求；2）燃氣質(zhì)量、貯配、凈化、調(diào)壓站、調(diào)壓裝置和計量裝置設(shè)計，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》（GB50028）的有關(guān)規(guī)定；3）燃氣鍋爐房最好為單獨建筑物，如果鍋爐房與其他建筑物相連，則必須設(shè)立在空曠人少的場所，如地下室一層靠外墻的地方。液化石油氣密度比空氣大，鍋爐房不應(yīng)設(shè)置在半地下或地下建、構(gòu)筑物內(nèi)；4）鍋爐房外墻和屋頂應(yīng)安裝防爆措施，并留有不小于10%的泄壓通道；且泄壓口要朝向沒人的空曠地帶；5）多臺鍋爐共用一個煙道時，每臺鍋爐都應(yīng)設(shè)有煙道門和設(shè)置限位開關(guān)，必須保證煙道打開后鍋爐才能投入使用，燃氣鍋爐房的煙道和煙囪應(yīng)采用鋼制或鋼筋混凝土構(gòu)筑。

4.2 燃氣管道布置要求

1）鍋爐房內(nèi)燃氣管道布置應(yīng)按現(xiàn)行《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，鍋爐房內(nèi)燃氣管道不應(yīng)穿過易燃或易爆品倉庫、配電室、變電室、電纜溝、通風(fēng)溝、風(fēng)道、煙道和易使管道腐蝕的場所；2）燃氣管道應(yīng)架空敷設(shè)并應(yīng)符合下列規(guī)定：應(yīng)敷設(shè)在非燃燒體的支柱或棧橋上，沿建筑物的外墻或屋面上敷設(shè)時該建筑物應(yīng)為一、二級耐火等級的丁、戊類生產(chǎn)廠房，不應(yīng)在存放易燃易爆物品的堆場和倉庫區(qū)內(nèi)敷設(shè)，不應(yīng)穿過不使用燃氣的建筑物。

5 鍋爐熱效率和能效指標要求

應(yīng)對改造后的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐、有機熱載體鍋爐進行能效檢測，檢測方法可依據(jù)《工業(yè)鍋爐能效測試》（TSGG0003-2010）。

5.1 熱效率要求

改造后蒸汽鍋爐和熱水鍋爐額定工況下熱效率要求見表1。改造后熱載體鍋爐額定工況下熱效率要求見表2。根據(jù)《電加熱鍋爐系統(tǒng)經(jīng)濟運行》（GB/T 19065-2011），電加熱鍋爐熱效率不低于95%。

表1 改造后的蒸汽鍋爐和熱水鍋爐額定工況下熱效率

表2 改造后熱載體鍋爐額定工況下熱效率

5.2 排煙溫度要求

根據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（TSG G0002-2010），鍋爐改造后，蒸汽鍋爐和熱水鍋爐排煙溫度要求見表3，有機熱載體鍋爐排煙溫度要求見表4。對有機熱載體鍋爐，應(yīng)通過余熱回收措施降低排煙溫度。

表3 蒸汽鍋爐和熱水鍋爐排煙溫度要求

表4 有機熱載體鍋爐排煙溫度要求一覽表

5.3 鍋爐排煙處過量空氣系數(shù)要求

根據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（TSG G0002-2010），爐膛出口處煙氣過量空氣系數(shù)為：正壓燃燒的普通柴油（氣）鍋爐，不大于1.15；負壓燃燒的普通柴油（氣）鍋爐，不大于1.25。

5.4 保溫要求

根據(jù)《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》（TSG G0002-2010），爐體等保溫要求：1）鍋爐爐墻、熱風(fēng)煙管道、各種熱力設(shè)備、熱力管道及閥門應(yīng)具有良好密封和保溫性能；2）當(dāng)周圍環(huán)境溫度25℃時，爐墻外表溫度不得超過50℃，爐頂不得超過70℃，各種熱力設(shè)備、熱力管道及閥門表面溫度不得超過50℃。

6 鍋爐大氣污染物排放標準

鍋爐廢氣排放標準執(zhí)行《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014），按新建鍋爐標準執(zhí)行（見表5）。對執(zhí)行大氣污染物特別排放濃度限值的區(qū)域，執(zhí)行標準見表6。

表5 柴油、燃氣鍋爐煙塵和氣態(tài)污染物排放濃度（折算濃度）

表6 特別控制區(qū)域大氣污染物排放濃度限制

7 結(jié)語

近年來，國家和各省的環(huán)保力度持續(xù)加大，廣東省由此連續(xù)出臺了《廣東省工業(yè)鍋爐污染整治實施方案（2012-2015年）》《廣東省大氣污染防治行動方案（2014～2017年）》等環(huán)保政策，設(shè)立了禁燃區(qū)（或限燃區(qū)），大量淘汰、更新改造重點區(qū)域內(nèi)的中小型工業(yè)燃煤鍋爐，取得顯著的環(huán)境效益。因此，廣東省內(nèi)各地各部門和鍋爐用戶應(yīng)在上一輪工作的基礎(chǔ)上明確中小型燃煤鍋爐淘汰、更新改造的原則、方向和技術(shù)，進一步鞏固工作成果，持續(xù)改善大氣環(huán)境。