連佳亮

0 引言

近年來，霧霾天氣頻繁，空氣質(zhì)量下降，空氣呈現(xiàn)為典型的煤煙型污染的特征，大氣中SO2的90%來自于燃煤，采暖期用煤增加，S02濃度從非采暖期的30 μg/m3～40 μg/m3，激增至標準的3.5倍，總懸浮顆粒物2/3來源于煙塵。為改善環(huán)境，在選擇供熱燃料時，不僅要考慮其經(jīng)濟性，環(huán)保效益也是重要的考核指標[1]。世界主要城市的經(jīng)驗表明，改善大氣污染狀況的根本途徑是改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)。2017年8月市政府下發(fā)《大同市進一步推進2017年環(huán)境保護重點工作任務(wù)分解》文件，將力泰公司列入“大氣、水、土壤污染防治行動計劃”目標單位，要求淘汰10蒸噸/小時及以下燃煤鍋爐，這意味著公司5臺燃煤鍋爐，均需更新。

力泰公司地處大同市建成區(qū)，現(xiàn)有5臺共計28 t/h燃煤蒸汽鍋爐供廠區(qū)、家屬區(qū)冬季采暖，單臺最大鍋爐10 t/h。全部鍋爐服役平均時間26.5年，其中最長41年，最短7年。鍋爐熱效率低，燃燒排放氮氧化物、二氧化硫嚴重超標，雖有水浴脫硫除塵裝置，但負荷大時除塵效果較差，達不到國家規(guī)定的排放要求。另外鍋爐及其輔機、除塵裝置由于超齡服役、故障頻繁，致使設(shè)備維修周期短難度大。停機修理不僅增加了維修資金和人員的投入，更是影響冬季采暖。

在此背景下，力泰公司對燃煤供暖系統(tǒng)進行改造策劃、調(diào)研設(shè)計，改造鍋爐房現(xiàn)有給水、供熱管路系統(tǒng)，確定采用熱值高、清潔環(huán)保的天然氣燃燒鍋爐作為供熱設(shè)備。

1 供熱系統(tǒng)設(shè)計

1.1 改造方案

為了減少投資，保留原戶外管道，采暖熱媒仍用115℃蒸汽供熱，僅對鍋爐房內(nèi)水處理裝置、給水、供熱管道進行設(shè)計改造（圖1）。

圖1 鍋爐房內(nèi)水處理裝置、給水、供熱管道進行設(shè)計改造后示意

1.2 采暖熱負荷

現(xiàn)需蒸汽供熱的采暖面積52 500平方米，根據(jù)本地氣象資料以及建筑、工藝方案等因素，估算冬季采暖熱負荷[3]。詳見表1“熱負荷估算一覽表”，采暖系統(tǒng)總熱負荷為6 113 kW。

表1 熱負荷估算一覽表

1.3 鍋爐容量

根據(jù)1噸蒸發(fā)量≈0.7 MW，考慮老舊管網(wǎng)的現(xiàn)狀，按1.2倍估算，可概算出蒸汽鍋爐蒸發(fā)量：10.5 t/h，故選一臺10 t/h鍋爐作為主要供熱設(shè)備，一臺4 t/h作為應(yīng)對極端天氣和意外情況的后備設(shè)備。

2 鍋爐設(shè)備選型

2.1 各種燃燒介質(zhì)鍋爐經(jīng)濟性等因素比較[4](表2)

表2 燃氣、燃油、電爐比較（以4 t/h蒸汽鍋爐為例）

分析比較：

（1）燃油鍋爐的煙塵排放大大低于燃煤鍋爐，但SOX和NOX排放量卻遠遠高于燃氣鍋爐，SOX和NOX易形成酸雨造成環(huán)境污染。從上表數(shù)據(jù)對比，可看出：燃油鍋爐的運行費用是燃氣鍋爐的1.65倍；在配套設(shè)施上需增設(shè)儲油罐，給場地安裝、運行和管理等各個環(huán)節(jié)均帶來了極大的壓力，存在長期的安全隱患。

（2）電鍋爐無污染物排放，利于環(huán)境，但燃燒運行成本是燃氣鍋爐的2.07倍，且使用的是二次能源，從能源的角度，也加大了發(fā)電能耗的投入。

綜合以上情況，燃氣鍋爐無論是從環(huán)保角度還是從能源利用角度都較燃油、電鍋爐更為有優(yōu)勢，應(yīng)是供熱改造的首選。

2.2 設(shè)備選型

市場調(diào)研結(jié)合現(xiàn)用鍋爐房使用面積，選WNS臥式內(nèi)燃三回程燃氣蒸汽鍋爐。該鍋爐具備以下特點：

（1）受熱面布置充分合理，確保鍋爐高效率。采用波形爐膽回燃室、螺紋煙管進行強化換熱，既提高了鍋爐的吸熱強度，又滿足了換熱面受熱膨脹的需要，鍋爐熱效率達93%。

（2）燃氣蒸汽鍋爐選用全濕背順流三回程煙火管結(jié)構(gòu)，火焰在大燃燒室內(nèi)微正壓燃燒，完全伸展，燃燒熱負荷低，燃燒熱效率高，降低了排煙溫度，從而達到高效換熱。

（3）“之”型雙層密封結(jié)構(gòu)的煙箱，確保了煙箱的密封性，其上加設(shè)保溫罩板，降低了此部位的熱損失。

（4）先進高效的燃燒裝置，采用國際名牌燃燒機，自動調(diào)節(jié)燃燒工況，徹底達到低污染、高效率燃燒。

（5）爐尾部加裝節(jié)能器，將燃氣剩余熱量加以利用。

（6）可靠的自動控制系統(tǒng)和雙重防爆功能，通過自控裝置可實現(xiàn)蒸汽壓力、鍋爐水位、出水溫度、回水溫度等運行參數(shù)的自動控制，還可實現(xiàn)缺水、超壓超溫、異常熄火保護等功能，同時可監(jiān)測水電板信號異常及溫度傳感器自檢和燃燒機工作計時及熄火報警等。在自控前提下還設(shè)置手動控制泵、燃燒機等功能，在自控防爆的同時，爐膛出口處設(shè)置了雙重防爆的防爆門。

2.3 供熱系統(tǒng)智能化

（1）電氣PLC控制，觸摸屏人機界面、在線參數(shù)監(jiān)測，控制系統(tǒng)界面如圖2。

（2）給水變頻自動調(diào)節(jié)，鍋爐自動給水，燃燒機自動點火，根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)火焰大小。

（3）鍋爐及其系統(tǒng)運行實時工藝流程畫面。

（4）鍋爐運行及報警數(shù)據(jù)上傳云端，通過移動網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù)到管理人員手機終端，通過手機APP可實時查看鍋爐及其系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，經(jīng)授權(quán)可通過手機遠程操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了非現(xiàn)場監(jiān)控。

（5）支持OPC規(guī)范，并通過OPC將鍋爐運行數(shù)據(jù)、參數(shù)等傳到調(diào)度中心。

圖2 燃氣鍋爐控制系統(tǒng)

3 經(jīng)濟效益

力泰公司的供熱系統(tǒng)改造，在同煤本部首次引進燃氣鍋爐，實現(xiàn)了清潔環(huán)保、高效的供取暖，提升了力泰公司冬季供熱的節(jié)能、安全水平，達到了環(huán)保要求。燃燒天然氣不排放S02，減少二氧化碳52%；比燃油減少氮氧化合物63%，減少二氧化碳26%[2]，廢氣、煙塵排放符合國家一類地區(qū)標準。

經(jīng)過2017年一個采暖季的運行測試、比較，總體能耗降低6%（見下表3），年運行費用減少43.66萬元，其中減少運行維修人員4人，按3 000元/人/月、取暖5個月計算6萬元，設(shè)備修理材料、配件費6萬元，比改造前的燃煤鍋爐降低8%。

表3 2016年與2017年能耗對比

4 結(jié)語

加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，實現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型，是國際社會的共同使命。力泰公司供熱系統(tǒng)的改造，總體性能指標高于設(shè)計要求，其中鍋爐熱效率93%以上，比燃煤鍋爐設(shè)計熱效率78%，提升了15%，比力泰公司原使用的燃煤鍋爐熱效率30%～40%，提升了53%～63%，同時為集團公司后續(xù)清潔、環(huán)保供熱設(shè)備、系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供安裝、使用、維護、標準化管理等技術(shù)支撐。圓滿完成了“大同市環(huán)境保護重點工作任務(wù)”，身體力行地踐行了習總書記“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明建設(shè)理念，為大同市生態(tài)文明建設(shè)做出了一定貢獻。