集中供暖鍋爐房清潔能源改造的探討

王憲輝

摘要：為減少大氣污染物排放，某高校進(jìn)行了集中供暖系統(tǒng)燃煤鍋爐清潔能源改造，選用燃?xì)忮仩t作為熱源設(shè)備，應(yīng)用超低氮型燃燒技術(shù)、煙氣再燃燒技術(shù)和煙氣余熱回收技術(shù)，達(dá)到了良好的環(huán)保和節(jié)能效果。該項(xiàng)目經(jīng)過三個(gè)采暖季的運(yùn)行，取得了可觀的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：集中供暖；清潔能源改造；節(jié)能減排；煙氣余熱回收

中圖分類號(hào)，TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）08-140-02

前言

近年來，頻繁出現(xiàn)的霧霾天給老百姓的工作和生活帶來諸多不便，也對(duì)人們的身體健康造成了危害。霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物等大氣污染物組成，煤炭、石油和天然氣等大量化石燃料的消耗是污染物的主要來源之一，對(duì)于北方城鎮(zhèn)來說，供暖期的空氣質(zhì)量比非供暖期要差很多，因?yàn)槿济菏侵饕墓┡療嵩?，冬季供暖的耗煤量占全年耗煤量的比重非常大。但供暖是民生工程，如何做到既能保障冬季人們的正常生活，又能改善空氣質(zhì)量，留住藍(lán)天，這已經(jīng)成為北方城鎮(zhèn)目前亟需解決的問題。

1項(xiàng)目概況

為進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，北京市政府2011年4月提出北京市清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃（2011-2015年大氣污染控制措施），實(shí)施燃煤鍋爐改用清潔能源工程，要求在2015年底前，城六區(qū)基本實(shí)現(xiàn)無燃煤。某高校集中供暖鍋爐房正好在改造范圍內(nèi)，為了能在當(dāng)年完成所有改造項(xiàng)目，不影響正常供暖，該校于2011年啟動(dòng)了集中供暖鍋爐房“煤改氣”工程，提前確定改造方案，2012年4月供暖季結(jié)束后開始改造施工，11月工程竣工調(diào)試，當(dāng)年冬季燃?xì)忮仩t房順利投入運(yùn)行。

2鍋爐房現(xiàn)狀及改造的必要性

該校集中供暖燃煤鍋爐房始建成于1997年，并于2006年進(jìn)行了鍋爐房增容改造。清潔能源改造前共有7臺(tái)熱水鍋爐，其中21MW燃煤鍋爐3臺(tái)，15.6MW燃煤鍋爐1臺(tái)，14MW燃?xì)忮仩t3臺(tái)，該校供暖時(shí)間為每年的11月1日至次年的3月31日，共計(jì)151天。

燃煤鍋爐投入使用約15年后，鍋爐本體出現(xiàn)故障的頻率越來越高，運(yùn)行效率有逐年下降的趨勢。燃煤鍋爐體積大、輔機(jī)多，儲(chǔ)煤場、沉渣池、脫硫除塵設(shè)備等占地面積大，自動(dòng)化程度低，運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)滯后時(shí)間長，工作環(huán)境差，運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，這些都是燃煤鍋爐所特有的缺點(diǎn)，而使用清潔能源的鍋爐可以彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，燃煤鍋爐與燃?xì)忮仩t的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況見表1。另外，燃煤鍋爐所帶來嚴(yán)重的煙氣污染，不僅影響周邊的環(huán)境，也阻礙了學(xué)?！熬G色校園”建設(shè)步伐。因此，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行清潔能源改造勢在必行。

3改造方案

3.1改造規(guī)模

學(xué)校近些年的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展較快，2012年時(shí)供暖面積約150萬平方米，到了2018年將超過200萬平方米。為滿足學(xué)校未來發(fā)展需要，考慮到安全備用系數(shù)和鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效率，選用4臺(tái)29MW熱水鍋爐，加上原有3臺(tái)14MW熱水鍋爐，總供暖能力達(dá)到158MW。既滿足了嚴(yán)寒期的使用，也能很好地適應(yīng)初、末寒期的節(jié)能運(yùn)行模式調(diào)節(jié)，確保在供暖運(yùn)行期間每臺(tái)鍋爐負(fù)荷變化不大，盡量保證每臺(tái)鍋爐能始終在高效工況下運(yùn)行。

3.2熱源設(shè)備

通過對(duì)燃?xì)?、燃油和蓄熱式電鍋爐等各種熱源設(shè)備的比較，最終選用燃?xì)忮仩t主要是基于以下幾點(diǎn)考慮：燃?xì)忮仩t的能源利用效率高，大氣污染物排放控制相對(duì)較好：在熱負(fù)荷相同的情況下，燃?xì)忮仩t設(shè)置簡單，方便調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理：鍋爐房已有3臺(tái)燃?xì)忮仩t，4臺(tái)燃煤鍋爐改燃?xì)忮仩t，7臺(tái)鍋爐可保持統(tǒng)一形式，便于運(yùn)行管理；無電力增容要求，初投資低。

3.3節(jié)能和環(huán)保要求

本項(xiàng)目改造方案的設(shè)計(jì)原則是既要滿足鍋爐的節(jié)能要求，也必須達(dá)到大氣污染物排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，要求燃?xì)忮仩t熱效率高、環(huán)保性能優(yōu)良、使用安全可靠。節(jié)能方面：要考慮到鍋爐的技術(shù)先進(jìn)性，確保鍋爐本體和燃燒機(jī)是高效節(jié)能的，要求鍋爐的熱效率不低于94%，排煙溫度低于90℃，可以采用煙氣余熱回收等節(jié)能技術(shù)提高鍋爐熱效率。環(huán)保方面：燃?xì)忮仩t的二氧化硫和煙塵排放基本為零，因此需要重點(diǎn)考慮的就是氮氧化物的排放。北京市對(duì)鍋爐大氣污染物排放的限值已進(jìn)行多次調(diào)整，要求一次比一次嚴(yán)格，當(dāng)時(shí)新建鍋爐氮氧化物排放限值為150mg/Nm³，考慮環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)有可能繼續(xù)提高，本次改造要求鍋爐爐膛容積與燃燒器實(shí)現(xiàn)良好匹配，如有必要采用煙氣回燃技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放不超過100mg/Nm³的目標(biāo)。

3.4鍋爐DCS系統(tǒng)

鍋爐DCS系統(tǒng)是一個(gè)專用于鍋爐自動(dòng)化控制的分布式集散控制系統(tǒng)，將微型計(jì)算機(jī)軟件、PLC硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合，達(dá)到節(jié)能增效，保護(hù)環(huán)境，改善工作條件，提高勞動(dòng)效率的目的。鍋爐DCS系統(tǒng)包括調(diào)度室管理層、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場監(jiān)控上位機(jī)、鍋爐控制終端設(shè)備，實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況靈活配置。本次改造將DCS設(shè)置在集中供暖鍋爐房控制室內(nèi)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐參數(shù)設(shè)定、能源管理、故障報(bào)警、運(yùn)行參數(shù)采集和記錄、以及報(bào)表打印等功能，并與另外3臺(tái)原14MW燃?xì)忮仩t的DCS實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，以便工作人員掌握所有鍋爐和相關(guān)設(shè)備的整體運(yùn)行狀況，提高鍋爐房管理水平。

3.5改造具體實(shí)施內(nèi)容

本次改造合理利用原有建筑物構(gòu)筑物設(shè)備和管線，立足于鍋爐房現(xiàn)有基礎(chǔ)條件進(jìn)行熱源設(shè)備的改造，保留了一次水泵房和水處理系統(tǒng)，將引風(fēng)機(jī)房改為庫房，鍋爐房主體建筑不進(jìn)行改動(dòng)，將燃煤鍋爐、上煤系統(tǒng)、鼓引風(fēng)機(jī)、除渣系統(tǒng)和脫硫除塵系統(tǒng)全部拆除，將80米高煙囪定向爆破拆除，騰出儲(chǔ)煤場留作學(xué)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地。

鍋爐設(shè)備方面，要求燃燒機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)采用口碑較好的歐美進(jìn)口產(chǎn)品，鍋爐本體選用國內(nèi)知名廠家的成熟爐型，新的4臺(tái)燃?xì)忮仩t安裝在原燃煤鍋爐位置，實(shí)現(xiàn)與原有3臺(tái)燃?xì)忮仩t的并聯(lián)運(yùn)行。

另外，還需提前與市燃?xì)饧瘓F(tuán)協(xié)調(diào)，將天然氣外線和進(jìn)鍋爐房的天然氣管道進(jìn)行調(diào)整，加大管徑，對(duì)調(diào)壓站和天然氣表房進(jìn)行改造，以滿足7臺(tái)燃?xì)忮仩t的用氣需求，

上述燃煤鍋爐清潔能源改造的方案相對(duì)簡單易行，能滿足節(jié)能環(huán)保的要求，鍋爐布置合理，占地面積小，投資費(fèi)用較低，可在供暖結(jié)束后安排施工。

4改造前后對(duì)比

燃煤鍋爐運(yùn)行時(shí)年耗煤約3.825萬噸，鍋爐二氧化硫年排放量為4.69噸，煙塵年排放量為4.26噸，氮氧化物年排放量為30.99噸。改造后燃用天然氣，可基本實(shí)現(xiàn)二氧化硫和煙塵的零排放，并大幅削減氮氧化物的排放，環(huán)境效益相當(dāng)可觀。二氧化硫削減量為4.69噸，年，煙塵削減量為4.26噸，年，氮氧化物削減量為18.26噸/年。

燃煤鍋爐熱效率低，改造前實(shí)測熱效率為78.8%。燃?xì)忮仩t本身的能源利用效率就比較高，安裝煙氣余熱回收裝置后，鍋爐的排煙溫度明顯降低，熱效率也提高至98%。燃?xì)忮仩t運(yùn)行調(diào)節(jié)方式更加靈活多樣，可根據(jù)天氣狀況按照鍋爐運(yùn)行曲線及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使熱源供給端的輸出量與使用端的需求量更加匹配，避免造成能源浪費(fèi)，

燃?xì)忮仩t的輔機(jī)設(shè)備數(shù)量少，故障率低，自動(dòng)化程度高。因此，水電消耗費(fèi)用、脫硫除塵費(fèi)用、人工費(fèi)和日常維護(hù)費(fèi)用都有所降低。但是，由于天然氣的價(jià)格比較高，清潔能源改造完成后，燃料成本大幅上漲，燃?xì)忮仩t的綜合成本比燃煤鍋爐高。

將三個(gè)采暖季的運(yùn)行數(shù)據(jù)與改造前進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)每平方米平均燃料成本增加約80%，綜合成本增加約50%。但是綜合考慮清潔能源改造后取得的顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益，本項(xiàng)目仍具實(shí)施的可行性和必要性。

改造前后燃煤鍋爐與燃?xì)忮仩t運(yùn)行參數(shù)、能源消耗指標(biāo)和大氣污染物排放情況見表2。

5結(jié)束語

隨著北京市環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)逐年提高，新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后，還將繼續(xù)推進(jìn)燃?xì)忮仩t氮氧化物排放的治理工作，因此，改造方案在環(huán)保和節(jié)能方面要有一定前瞻性。煤改氣后整體運(yùn)行費(fèi)用增加，但提高了能源利用效率，通過采用超低氮型燃燒技術(shù)和煙氣再燃燒技術(shù)，減少了大氣污染物排放，改善了校園環(huán)境。由于改造后燃料費(fèi)占供暖成本的比重提高，如何進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力，做好供熱系統(tǒng)運(yùn)行工作，減少能源消耗，是值得繼續(xù)深入探討的問題。