上海某大廈燃氣熱水鍋爐低氮改造與環保效益分析

1 項目概況

1.1 改造前鍋爐基本情況

上海某大廈現有2 臺燃氣常壓熱水鍋爐（型號FB-H0.47），2012 年制造，為臥式天然氣常壓熱水鍋爐，放置在大廈的地下室，為大廈提供生活熱水。上海市某研究所對大廈現有的2 臺燃氣常壓熱水鍋爐的排放物和熱性能進行了檢測，如表1、2 所示。

表1 上海市某大廈鍋爐改造前環保檢測結果

表2 上海市某大廈鍋爐改造前能效檢測結果

1.2 鍋爐改造方案

現階段鍋爐低氮改造的燃燒控制方案可以有兩種形式：一是鍋爐整體更換，二是更換燃燒器+外部煙氣循環。鍋爐低氮改造的目的是使鍋爐的污染物排放滿足標準并且盡可能減少污染物排放。

燃氣鍋爐燃燒形成的NOx的生成與燃燒溫度有直接關系，一般情況下，燃燒區域火焰溫度越高生成的NOx越多；相反，火焰溫度越低，則生成的NOx越少。用改變燃燒的溫度、含氧量、燃燒過程等方法來降低NOx排放濃度稱為低氮燃燒技術。更換新型的低氮燃燒器可以降低氮氧化物的生成量。煙氣再循環技術是將煙氣吸入燃燒器內，使煙氣在燃燒器內循環。煙氣的混入導致燃燒過程氧濃度和燃燒溫度的降低，有效縮短了煙氣在高溫區的停留時間且防止局部高溫產生，從而抑制NOx的產生。煙氣再循環分為外部煙氣再循環和內部煙氣再循環。外部煙氣再循環技術是指煙氣從鍋爐的出口通過一個外部管道，接入燃燒器空氣入口，通過燃燒器再次加入鍋爐爐膛內進行燃燒；內部煙氣再循環是指鍋爐爐膛內的煙氣回流到燃燒區域進行反應。

將當前生活熱水鍋爐（型號FB-H0.47）更換為冷凝低氮燃燒鍋爐（型號為ecoCRAFT-700），這是較為直接的改造方案。原來的生活熱水鍋爐為常壓熱水鍋爐（型號FB-H0.47），該鍋爐的導熱火管內置擾流板，可以有效降低排煙溫度；具有內螺旋的水流設計，其內置翅片對爐體具有加強作用又使爐膛水冷均勻，無局部過熱沸騰且無膨脹噪聲。但生產年份較為久遠，鍋爐熱效率下降并且不能適應當前所限制的污染物排放要求。整體更換鍋爐需要對市面上已有的鍋爐進行分析和選擇，冷凝低氮燃燒鍋爐（型號ecoCRAFT-700）使用冷凝低氮燃燒器，它的關鍵在于冷凝技術，是一種新型節能環保的技術。該技術通過一定的裝置將鍋爐燃燒后排放的熱煙氣（一般在140℃左右）中的能量進行回收，經過回收后的排煙溫度只有60℃左右，這樣熱效率得到提高，將NOx排放控制在30mg/m3以內，可以達到低氮改造的目標。

1.3 方案的比較與選擇

更換低氮燃燒器+煙氣循環方案是較常用的低氮改造方式，需對當前兩臺鍋爐的接口處進行改造，使其能夠適應新型的低氮燃燒器，并在鍋爐的尾部增設一個煙氣循環管道，改造費用相對較低。但由于該大廈鍋爐房地下室空間狹小，管道密集，難以安裝煙氣再循環管道，而更換鍋爐后鍋爐的體積更加緊湊，可以滿足鍋爐房大小要求。綜合考慮到鍋爐已經使用8 年，因此本次改造最終確定整體更換鍋爐的方案。更換鍋爐方案包括向廠家提供需求，由廠家制定設計方案以及施工安裝、調試運行等。這種方案的優點是改造質量有保證，鍋爐的熱效率提高，排放相應降低，并且更換鍋爐之后具有較長的使用年限。

2 鍋爐低氮改造后環保能效檢測

2.1 環保檢測

對鍋爐進行環保檢測時，測試過程中鍋爐燃燒狀態良好，負荷平穩，煙氣波動小，符合國家標準所規定的測定要求，測量結果如表3 所示。

表3 上海市某大廈鍋爐系統改造后環保檢測結果

2.2 能效檢測

為了確定鍋爐低氮改造之后效率是否提高，需要進行能效測試，其方法是反平衡法。反平衡法是通過測定各種燃燒產物熱損失和鍋爐散熱損失來確定效率的方法，其公式為：

式中q2為鍋爐排煙熱損失占鍋爐輸入熱量的百分率，%；q3為氣體未完全燃燒熱損失占鍋爐輸入熱量的百分率，%；q4為固體未完全燃燒熱損失占鍋爐輸入熱量的百分率，%；q5為散熱損失占鍋爐輸入熱量的百分率，%；q6為灰渣物理熱損失占鍋爐輸入熱量的百分率，%。

基于以上所述的反平衡法，對改造后的鍋爐進行測試，將鉑電阻和數顯表放置在燃燒器進風口處測量入爐冷空氣溫度，將鉑電阻和數顯表放置在鍋爐煙道出口一米內，用來測量排煙溫度和煙氣成分。鍋爐能效檢測結果如表4。

表4 上海市某大廈鍋爐改造后能效檢測結果

3 低氮改造環保效益分析

3.1 改造后鍋爐情況

整體更換鍋爐方案是將兩臺生活熱水鍋爐（型號FBH0.47）更換成兩臺低氮燃氣熱水鍋爐（型號ecoCRAFT-700）。整體更換鍋爐之后兩臺鍋爐NOx排放量成功控制在25mg/m3內，并且新的熱水鍋爐熱效率較原來的鍋爐熱效率得到提高。

3.2 節能效益分析

低氮改造之后鍋爐熱效率提高，由于所需生活熱水用量相同，鍋爐改造后燃氣用量相應降低。該大廈生活熱水用量較小，改造前后鍋爐燃氣用量如表5 所示，一年燃氣用量也較小，改造前生活熱水鍋爐平均每天需要10m3，而鍋爐熱效率提高程度有限，因此此次改造所帶來的節能效果有限。

表5 生活熱水鍋爐改造前后燃氣用量

3.3 環保效益

鍋爐更換之后檢測到煙氣中NOx含量大幅度降低，由煙氣中污染物排放指標減少帶來的減排效果更加明顯，具體污染物排放量如表6 所示。

表6 鍋爐低氮改造前后NOx排放量

4 結語

綜合考慮實際工程情況，對比分析了整體更換鍋爐和更換燃燒器兩個方案之后，低氮改造選擇了整體更換鍋爐方案。本次低氮改造環保和能效測試得出：可以將鍋爐煙氣中NOx含量由120～130mg/Nm3降低至25mg/Nm3以內，實現了達標排放。更換鍋爐帶來的環保效益明顯，能效也有所提高，為小型燃氣熱水鍋爐低氮改造提供了經驗，值得借鑒。