文 // 孫干 北京節(jié)能環(huán)保中心 姚榮佑 王立新 李海生 北京京海華誠能源科技有限公司

燃?xì)忮仩t減排及熱能回收裝置應(yīng)用實例

文 // 孫干 北京節(jié)能環(huán)保中心 姚榮佑 王立新 李海生 北京京海華誠能源科技有限公司

據(jù)統(tǒng)計，目前北京市燃?xì)忮仩t保有量超過1萬臺，隨著鍋爐“煤改氣”工程的繼續(xù)推進，燃?xì)忮仩t保有量將持續(xù)增加。鍋爐“煤改氣”可以有效壓減燃煤，降低大氣中可吸入顆粒物濃度，但是，燃?xì)忮仩t使用過程中會產(chǎn)生大量水蒸氣和氮氧化物，而水蒸氣和氮氧化物是形成霧霾天氣的主要成因之一。

為加強對鍋爐大氣污染物的排放控制，保障人體健康、保護生態(tài)環(huán)境、改善環(huán)境空氣質(zhì)量，2015年北京市發(fā)布了最新《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在用鍋爐氮氧化物排放濃度要低于80mg/m3，遠(yuǎn)低于目前國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的200mg/m3。

隨著北京市鍋爐排放新標(biāo)準(zhǔn)的實施，未來幾年將迎來在用燃?xì)忮仩t低氮燃燒改造的高峰。2014年開始，國內(nèi)外的技術(shù)廠家已經(jīng)開始將各種低氮燃燒技術(shù)在燃?xì)忮仩t上進行試驗和應(yīng)用。本文通過一種新型的“燃?xì)忮仩t減霧減霾及熱能回收裝置”在南苑供熱廠和東郊供熱廠的應(yīng)用效果為例，表明低氮燃燒技術(shù)改造對北京市治理霧霾、改善空氣質(zhì)量、節(jié)約能源的貢獻(xiàn)。

1 工作原理

燃?xì)忮仩t濕煙氣中的冷凝及氮氧化物的生成是一個復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，燃?xì)忮仩t的燃料為天然氣，主要成分是甲烷（CH4），屬于高氫燃料，在理論空氣量下，煙氣中水蒸氣容積量高過20%，每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣燃燒后的煙氣中水蒸氣質(zhì)量約為1.55kg左右，攜帶熱量約3640kJ，燃?xì)忮仩t天然氣燃燒溫度超過1200℃后，會產(chǎn)生大量氮氧化物，氮氧化物生成還與空氣過剩系數(shù)等有關(guān)。因此，通過低氧燃燒、優(yōu)化助燃空氣、燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)、煙氣熱能回收等技術(shù)綜合應(yīng)用，可有效減少煙氣中的水蒸氣和氮氧化物，提高鍋爐熱效率，實現(xiàn)燃?xì)忮仩t的減霧減霾和節(jié)能。

1.1 裝置的構(gòu)成

減霧減霾及熱能回收裝置由節(jié)能器、減霧器、減霾裝置、引風(fēng)機、冷凝水收集系統(tǒng)及煙氣壓力、溫度測量等部件組成，通過一級換熱和二級換熱進行高溫?zé)煔馀c低溫鍋爐回水和冷空氣的熱量交換。

1.2 裝置的原理

①一級換熱，利用低溫鍋爐回水吸收高溫?zé)煔庵袩崃?，主要吸收煙氣中的顯熱，提高鍋爐回水溫度，提高鍋爐燃燒效率，節(jié)約燃?xì)狻?/p>

②二級換熱，利用冷空氣進一步吸收低溫?zé)煔庵袩崃?，將排煙溫度降低至露點溫度以下，主要吸收煙氣中的潛熱，煙氣中2/3的水蒸氣凝結(jié)成水，大大減少煙氣中水汽向大氣的排放，冷凝水回收后作為鍋爐補水使用，冷空氣加熱后進入鍋爐燃燒，提高鍋爐燃燒效率，節(jié)約燃?xì)狻?/p>

③利用低氧燃燒和廢氣回流混燒技術(shù)，降低爐膛燃燒溫度，抑制氮氧化物的生成，減少煙氣中氮氧化物的排放。

2 項目應(yīng)用

2.1 南苑供熱廠項目

南苑供熱廠位于北京市豐臺區(qū)，鍋爐房共有4臺燃?xì)鉄崴仩t，鍋爐總?cè)萘繛?6 M W，鍋爐型號均為W N S14-1.25/115/75-Q，鍋爐房供熱面積為55萬m2，主要為南苑機場提供供暖服務(wù)。2013年，該鍋爐房成功安裝了一臺減霧減霾及熱能回收裝置（圖1），改造后的燃?xì)忮仩t各項運行參數(shù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期設(shè)計要求。

圖1 南苑供熱廠安裝的減霧減霾及熱能回收裝置

2.2 東郊供熱廠項目

東郊供熱廠（原花家地供熱廠）隸屬于北京市熱力集團有限責(zé)任公司，負(fù)責(zé)25個熱力站提供熱源，為該地區(qū)250萬m2、3萬余戶居民供熱。2013年，東郊供熱廠實施了“煤改氣”工程改造，將燃煤鍋爐全部更換為燃?xì)忮仩t。為減少污染物排放，2014年，東郊供熱廠選擇了1臺型號為WNS14-1.6/130/70-Y(Q)的燃?xì)鉄崴仩t加裝了減霧減霾及熱能回收裝置，該裝置比南苑供熱廠的裝置增加了煙氣回流混燒技術(shù)，其減排效果也更加顯著（圖2）。

南苑供熱廠和東郊供熱廠的2臺鍋爐改造后，設(shè)備運行正常，與改造前相比，鍋爐排煙中的排煙溫度、水蒸氣、氮氧化物濃度均大幅下降，冷凝水大量回收，天然氣消耗量也明顯減少。

3 檢測結(jié)果

根據(jù)南苑供熱廠和東郊供熱廠的項目實際運行情況，依據(jù)GB/T10180《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)，對2臺燃?xì)忮仩t分別進行改造前后的熱效率和污染物排放濃度檢測，檢測結(jié)果見表1～4。

測試結(jié)果表明，南苑供熱廠14MW燃?xì)鉄崴仩t使用減霧減霾及熱能回收裝置后，鍋爐熱效率提高4.63%，鍋爐節(jié)氣率達(dá)5.09%，回收冷凝水590kg/h，氮氧化物排放濃度下降至56.9 mg/m3。同時，在試驗中還發(fā)現(xiàn)一個氮氧化物的排放規(guī)律，隨著燃?xì)饬康臏p少，氮氧化物排放濃度也相應(yīng)減少，該發(fā)現(xiàn)對指導(dǎo)在用燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。

圖2 東郊供熱廠鍋爐改造前后煙氣排放濃度對比圖

表1 南苑供熱廠燃?xì)忮仩t熱效率檢測結(jié)果

表2 南苑供熱廠4#燃?xì)忮仩t污染物排放濃度檢測結(jié)果

表3 東郊供熱廠燃?xì)忮仩t熱效率檢測結(jié)果

表4 東郊供熱廠燃?xì)忮仩t污染物排放濃度檢測結(jié)果

東郊供熱廠14MW燃?xì)鉄崴仩t使用減霧熱能回收裝置后，鍋爐熱效率提高3.72%，鍋爐節(jié)氣率達(dá)4.0%，回收冷凝水997kg/h，氮氧化物排放濃度下降至44 mg/m3。

4 結(jié)論

通過對南苑供熱廠和東郊供熱廠2臺燃?xì)鉄崴仩t應(yīng)用減霧減霾及熱能回收裝置的實際運行檢測和研究，該技術(shù)裝置可大幅減少鍋爐排煙中的水蒸氣及氮氧化物濃度，提高了鍋爐熱效率，并降低了天然氣消耗，如能在在用燃?xì)忮仩t的節(jié)能減排改造項目中推廣使用，可減少燃?xì)忮仩t使用過程中對環(huán)境的影響，為北京市及周邊地區(qū)的節(jié)能減排工作發(fā)揮重要作用。