“煤改氣”項目中燃氣品質和排污量控制

文_胡俊強 劉霞

1.中機國際工程設計研究院有限責任公司 2.中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司

某北方市區的熱電廠原采用煤炭作為主要燃料，大氣污染物排放難以得到有效控制。

為了符合國家及地方相繼出臺的相關環保政策，同時為了向周邊熱用戶提供穩定、可靠的熱源，該電廠進行了“煤改氣”改造，拆除原有燃煤鍋爐，新建燃氣鍋爐，以天然氣為主要燃料，并配套新建了燃氣系統、煙氣排放連續監測系統，同時為節約投資，對舊有煙囪進行論證和再利用。

本項目新建1×（125t/h+55t/h+35t/h）燃氣鍋爐以及配套輔助系統，其中35t/h燃氣鍋爐天然氣消耗量約為3026Nm3/h；55t/h燃氣鍋爐天然氣消耗量約為4735Nm3/h；125t/h燃氣鍋爐天然氣消耗量約為10755Nm3/h。考慮到冬季供暖時3臺燃氣鍋爐需同時對外供熱，天然氣系統容量設計時，3臺燃氣鍋爐的使用系數同取為1，即滿負荷工況下，全廠天然氣消耗量約為18516Nm3/h。

2 燃氣調壓站

本項目的燃氣系統的主體部分為天然氣調壓站。天然氣調壓站裝置采用“橇裝”方式供貨。主要包括相關閥門、過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥及調壓器等設備及系統配套的溫度、壓力檢測、泄漏檢測儀表等各類儀表。

過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥、調壓器、進出口閥門、安全放散閥、排污閥等工藝設備及測溫、測壓儀表、可燃氣體濃度檢測報警器、差壓儀表、防爆接線箱、柜體內部的照明、防爆開關等，電氣、儀表設備組裝在鋼制橇底座上整體提供。系統范圍可由若干功能橇塊以及橇塊之間的連接鋼管、放空管、排污管等組成。

成橇裝置設置在柜體中，柜體在室外露天場所安裝。設計規模：設計流量：20000Nm3/h；調壓前壓力：0.2～0.3MPa.g；調壓后壓力：0.2MPa.g；設計壓力：0.4MPa.g，設計溫度：-19～60℃。

調 壓 撬 設4路 調 壓 管 路，2路5000Nm3/h和2路12000Nm3/h的調壓管路，可滿足不同用氣工況的要求。管路由過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥、調壓器、進出口閥門、安全放散閥、排污閥等工藝設備及測溫、測壓儀表、可燃氣體濃度檢測報警器、差壓儀表、防爆接線箱、柜體內部的照明、防爆開關等組。電氣、儀表設備組裝在鋼制橇底座上整體供貨。

調壓柜的集中放散管高出地面4m，并高出柜體1m以上。調壓柜的設備及柜體應安裝足夠的消音裝置和吸聲材料，保證調壓柜實際工作時，周邊1m界限的噪聲不大于50dB（白天）、45dB（夜間），滿足當地的環保要求。

3 燃氣品質及相關措施

對于天然氣鍋爐，天然氣作為燃料使用，其品質應符合GB17820-2012《天然氣》標準的相關要求，主要指標如下：

①在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣中應不存在液態烴。

②天然氣中固體顆粒含量應不影響天然氣的輸送和利用。

③作為城鎮燃氣的天然氣應具有可以察覺的臭味。使用加臭劑后，當天然氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20%時應能察覺。城鎮燃氣加臭劑應符合GB50028-2006的規定。

其中總硫含量、硫化氫含硫、CO2含量、水露點等技術指標應滿足一類氣的相關要求，主要指標如表1。

表1 天然氣技術指標

3臺燃氣鍋爐所使用的天然氣參數為：0.2±5%MPa.g，溫度為常溫。

廠界圍墻外1m處管道天然氣供氣參數為：0.2～0.4MPa.g，且保證供氣壓力任何時段均不低于0.2MPa.g，溫度為常溫。

項目投運后，實際運行過程中發現天然氣雜質多，并引發燃氣鍋爐前天然氣進氣閥組的濾網堵塞，可能原因分析如下：①燃氣公司提供的燃氣品質（用戶接口處）不符合國標規定；②天然氣調壓站天然氣處理系統系統設置不合理，過濾裝置過濾效果不佳；③施工過程中未對天然氣管道進行清管。

設計提供的解決方案如下：

方法1：燃氣公司提升燃氣品質，達到國家標準和設計要求。

方法2：改進天然氣調壓站系統，對過濾裝置進行改進。

方法3：在主廠房附近天然氣管道上增設雙聯過濾器和旁路。

方法1由于增加燃氣公司投資成本，多次協商難以實施；方法2改造工作量小，效果明顯；方法3新增了設備和主廠房內改造，但需要在改造期間停機停爐。

在天然氣調壓站系統中配置有4路天然氣過濾和調壓線路，相應有4套過濾器，實際位于燃氣鍋爐側天然氣進氣閥組的濾網，主要過濾天然氣調壓站至主廠房間約100m天然氣管道中的雜質。由于未清管的原因，項目投運初期管道中雜質最大，隨著投運時間加長，濾網堵塞現象會緩解。該項目最終采用了方法2，在不影響生產的情況下分支線優化天然氣調壓站系統的過濾裝置，對過濾裝置進行了檢查和更換，起到了良好效果。

4 煙囪改造論證

本項目原三期工程既有1座90m高煙囪，新建3臺燃氣鍋爐時，有以下方案：

①拆除既有煙囪，新建鋼煙囪，新建煙囪高度滿足規范要求，高度約40m；②利用既有煙囪，煙囪高度90m，煙囪內徑3.0m。

由于該熱電廠位于市中心，方案①能優化市容環境，但造成投資浪費，且拆除難度較大，拆除時間較長，將壓縮施工周期。方案②則要承受一定的環保壓力。

通過煙囪煙氣動力計算、煙囪改造論證，最終推薦采用方案②，煙囪煙道中煙氣平均流速為13.58m/s，流速符合規范推薦值，煙囪總阻力約為21.48Pa，阻力較小，可利舊。

煙囪高度為90m，利于充分利用大氣自身擴散稀釋能力，減小污染物的落地濃度，改善局部環境，從環保實質角度而言是有利的。

5 污染物排放

按照國標《火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2003）》要求，新建燃氣鍋爐（補燃鍋爐以燃氣鍋爐參照）氮氧化物排放一般地區限值為200mg/m3，重點地區限值為150mg/m3。目前執行項目一般參照國內最嚴格的環保要求執行，北京市作為首都，具有引領作用，北京市新建燃氣鍋爐（補燃鍋爐以燃氣鍋爐參照）氮氧化物排放限值為30mg/m3。

本項目所使用的天然氣不含硫，故燃燒產物中無SO2排放。燃氣鍋爐采用低氮燃燒器，運用低氮燃燒技術，可將NOX排放濃度控制在30mg/Nm3以下，完全滿足國內目前最嚴格的地方污染物排放標準。

燃燒器的設計采取降低NOx排放的措施，使NOX的排放達到滿足國家規范《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）以及《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）特別排放限值要求。燃氣鍋爐NOX的排放濃度小于30mg/m3。

該項目采購燃氣鍋爐的考核條件中要求，鍋爐NOX原始排放要求不高于30mg/Nm3@O2=3.5%（以環評為準，干基）。

實際運行過程中，存在再循環風不投運的工況，對于燃燒器NOx排放值也建議在設備招標階段予以規定：再循環風不投入使用時，鍋爐NOx原始排放要求不高于150mg/Nm3或200mg/Nm3@O2=3.5%（以環評為準，干基）。

6 結語

“煤改氣”項目中對于燃料品質的控制非常重要，調壓站的設置要滿足主要設備的用氣要求，同時功能齊全、放散安全、噪聲合規，采用“橇裝”方式可以節省用地，且安裝方便。

嚴格控制前端供應天然氣的品質，使其物理狀態、固體顆粒含量、加臭劑含量、各項技術指標符合相關標準要求。對于天然氣調壓站的過濾裝置，進行合理設置，經常檢修和更換，對于天然氣管道，安裝前應對管道進行清管。

本項目中通過論證煙氣流速、煙囪阻力等重要參數，提出了利用既有煙囪的方案，節省了項目施工周期和投資費用。

項目實施過程中，按照國內最嚴格的鍋爐大氣污染物排放濃度限值控制其排放指標，并安裝煙氣排放連續監測系統，確保燃氣鍋爐大氣污染物排放符合環保要求。