上海市中小鍋爐低氮達標排放改造路徑分析及相關建議

何淑英 金 穎

上海市節能減排中心有限公司

0 前言

上海市一直非常重視鍋爐污染控制工作，為促進鍋爐排放控制工作，分別于2012年、2013年啟動了兩輪針對中小燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代工作。2015年底，全市累計完成約6 000臺中小燃煤（重油）鍋爐和窯爐的清潔能源改造和關停，全面完成取消全市分散燃煤（重油）鍋爐和工業窯爐的任務。

近期，隨著國家和全市對大氣污染防治工作的不斷推進，對鍋爐排放中 NOx、SO2、PM2．5 等污染物濃度提出了新的要求，上海出臺了《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB31/387-2018），根據《標準》要求，全市65t/h以下中小鍋爐需在2020年10月1日《標準》實施前，全面完成NOx排放提標改造工作。其中，根據全市新一輪清潔空氣行動計劃要求，7個中心城區要在2019年底前完成提標改造。

本文在調研全市在役中小鍋爐的分布情況、各類低氮改造技術特點、低氮改造的技術路徑、推進低氮改造存在問題的基礎上，提出了上海市鍋爐低氮改造路徑和相關建議。

1 上海市中小鍋爐總體情況

2016年上海市在役中小鍋爐合計5 500余臺，燃氣鍋爐和燃油鍋爐的占比分別約為54%和39%，電鍋爐占比約為5%。

按分布區域，上海市目前在役鍋爐大部分分布在郊區，中心城區內鍋爐占比約為23%；鍋爐規模：全市鍋爐85%以上為4t以下的鍋爐，容量合計占比約50%，見圖1、圖2。由于前兩年已開展燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代工作，目前，全市約50%鍋爐爐齡在5年以下（一般鍋爐使用壽命約15年-20年）；用途和行業：工業制造業鍋爐占總量的54．83%，主要分布在化學原料和化學制品制造業、紡織服飾業、食品制造業、橡膠和塑料制品業等行業；此外，服務行業鍋爐主要分布在房地產業、商務服務業、住宿業及衛生業等行業。

圖1 不同容量鍋爐數量占比情況

圖2 不同容量鍋爐容量占比情況

2 中小燃油燃氣鍋爐排放標準的新要求

近期，隨著國家和上海市對大氣污染防工作的不斷深化，對鍋爐排放中氮氧化物濃度提出了新的要求。據此，北京、天津、山東等省市均已修訂出臺了更嚴格的鍋爐排放標準。其中，北京提出了在用鍋爐NOx達到80 mg/m3以下，新建鍋爐NOx達到30 mg/m3以下，見表1。上海市環保局也牽頭開展了鍋爐排放標準的修訂，并于2018年6月發布，新標準對于單臺出力在65t/h以下的中小型鍋爐明確提出了更加嚴格的NOx排放標準，即燃氣鍋爐應達到50 mg/m3以下，燃油鍋爐按照外環線內外分別應達到50 mg/m3和80 mg/m3以下，新標準將于2020年10月起生效。據此，全市現役5 000余臺中小燃油燃氣鍋爐亟待開展提標改造工作。

3 中小鍋爐低氮改造技術和路徑

3.1 技術路徑

對燃油鍋爐，通過更換燃油鍋爐燃燒器，在技術上能實現氮氧化物排放濃度下降至80 mg/m3左右，但無法達到50 mg/m3的排放標準；通過將燃油鍋爐改為電鍋爐或燃氣鍋爐可達到50 mg/m3的排放標準。對燃氣鍋爐，可通過更換低氮燃燒器或整體更換低氮鍋爐，以達到50 mg/m3的排放標準。此外，通過后端處置，如加裝鍋爐煙氣的脫硝裝置等也可降低鍋爐排放濃度至50mg/m3以下，見表2。

3.2 技術特點

目前，鍋爐低氮燃燒改造技術主要包括分級燃燒、煙氣再循環、表面燃燒、水冷預混和后端處置，見表3。經比較，上述改造技術均可將氮氧化物排放濃度控制在50mg/m3以下，貧燃預混、水冷預混等方式雖然對氮氧化物有較好的控制，但在安全性上存在一定隱患；貧燃預混技術的維護費用較高，需要對金屬纖維、濾網等進行更換和人工維護；水冷預混技術僅適用于6t/h以下的小容量鍋爐；末端治理技術的后期運維費用較高。

4 中小鍋爐低氮改造存在的問題

上海市中小鍋爐低氮排放改造工作目前存在的問題有以下幾點：

（1）與燃煤鍋爐清潔能源替代改造工作時間間隔較短，企業前期已投入資金用于鍋爐改造。

近年來已實施兩輪燃煤鍋爐清潔能源替代工作，目前在役鍋爐中由燃煤鍋爐清潔能源替代改造為燃油、燃氣鍋爐的合計有1 600余臺，其中燃氣鍋爐約占現有燃氣鍋爐21．57%，燃油鍋爐約占現有燃油鍋爐43．72%，目前均無法滿足新的排放標準，需要進行提標改造。上述企業前期已投入一定資金完成上一輪燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代，現實施達標排放改造，需再次投資。

表1 我國各地現行的鍋爐NOx排放標準（單位：mg/m3）

表2 上海市中小鍋爐低氮排放改造路徑

表3 鍋爐低氮燃燒/排放技術原理和特點

（2）燃油鍋爐改燃料品種的一次性改造投入大，尤其是天然氣管網敷設、電力增容等外部配套費用高，且部分地區不具備天然氣管網保障條件。

根據新的《鍋爐排放標準》，外環內的燃油鍋爐NOx排放限值為50mg/Nm3，通過鍋爐自身改造無法滿足相關標準要求，須改為電鍋爐或氣鍋爐，或進行末端尾氣處理。如1t/h鍋爐本體改造投入約需20萬～30萬元，4t/h鍋爐本體改造投入約需50萬元，燃氣和電力供應的配套整體改造費用也較大。

（3）通過外省市鍋爐改造工作的調研，發現推進工作中存在以下問題：一是負荷對鍋爐排放濃度影響較大，北京市推進初期未規定鍋爐全工況下達標排放，僅要求75%及以上負荷進行驗收監測，導致中、小負荷工況下排放不理想。二是部分技術還存在一些安全風險，如預混表面燃燒器是降低鍋爐氮氧化物排放的一種有效方式，對于大容量鍋爐，該技術在實際應用過程中可能產生爆燃現象。

5 上海市中小鍋爐低氮改造推進工作的相關建議

1）引逼結合。以提高環保標準和嚴格執法為主要手段，加以政策引導和資金支持，推進全市在用中小鍋爐加快實施提標改造，盡早實現達標排放。

2）基于此項工作的緊迫性和復雜性，建議采用以下保障措施：（1）根據區域內鍋爐分布，細化管網規劃，并結合本區掘路計劃，加快天然氣管網的施工。（2）參考全市燃煤（重油）鍋爐清潔能源替代的相關保障措施，對燃氣接駁、電力增容等費用予以支持。（3）強化市、區相關部門協調配合，建立高效工作機制，全力配合推進。

3）為確保中小鍋爐低氮改造的有序推進，需進一步加強設備廠家技術能力、工程推進、驗收檢測、資金使用等多個方面的監管，如加強對設備廠家、社會化檢測機構的監管，建議對設備廠家設定準入門檻，對改造效果進行評估、建立黑名單體系等；加強社會化檢測機構比對監測、市級抽測，提升社會化檢測機構能力水平和負責程度。