燃氣空調降氮改造項目可行性研究

潘順平 李隆田 周志勇

摘 要：為了落實國家節能環保相關政策，重慶中國三峽博物館積極推動燃氣空調降氮改造項目，做好碳達峰、碳中和工作，從根本上減少環境污染，保障人們的身體健康。為了更好地開展相關工作，本文深入研究了重慶中國三峽博物館燃氣空調降氮降碳排放措施。

關鍵詞：燃氣空調;降氮改造;低氮燃燒;氮氧化物;氣改電

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）22-0146-03

Abstract： In order to implement the National Energy Conservation and environmental protection policies， Chongqing China Three Gorges Museum promoted the project to reduce nitrogen in gas air conditioning actively. Carbon Peak， carbon neutral work can fundamentally reduce environmental pollution， so as to protect people’s health， in order to better complete related work， the measures of reducing nitrogen and carbon emissions for Three Gorges Museum air conditioning are studied in depth.

Keywords： gas air conditioning;nitrogen reduction retrofit;low nitrogen combustion;nitrogen oxide;gas to electricity conversion

1 基本情況

重慶中國三峽博物館建筑面積為42 500 m2，空調面積為36 318 m2，建筑總高度為25.2 m，辦公區6層，展區4層。采用集中空調系統，制冷、采暖由2臺BZ150和1臺BZ75燃氣溴化鋰空調（2004年建館時安裝，已運行近17年）和1臺LG1336 kW磁懸浮（單冷）空調（2019年空調改造新增）提供。總制冷量約為5 698 kW，總制熱量為3 363 kW，目前設備效率有所衰減，運行正常。但是，燃氣溴化鋰空調運行時，高溫燃燒產生的煙氣內含氮氧化物，污染周邊大氣環境，檢測濃度約為80 mg/m3，遠遠大于國標要求的氮氧化物排放濃度標準[1-2]。系統配置（2019年空調改造后安裝的新設備）8臺冷卻塔、4臺冷卻水泵、4臺空調水泵以及1臺分集水器（舊設備）。

2 項目提出

近年來，國家對節能降耗、生態環境愈來愈重視。主管地區環保生態領導多次到重慶中國三峽博物館調研，特別對重慶中國三峽博物館廚房油煙排放的治理和燃氣空調降氮項目出謀劃策。博物館相關部門及人員也積極跟進配合，咨詢專家意見，多方收集技術改造方案。目前，比較成熟的方案有兩個：一是更新升級具有低氮排放技術的燃燒機;二是進行空調主機氣改電[3-5]。

3 可行性方案研究

3.1 更新升級具有低氮排放技術的燃燒機（簡稱方案1）更新升級具有低氮燃燒技術的燃燒機，要求運行穩定、安全，確保改造后氮氧化物排放濃度穩定在30 mg/m3以下，且空調帶負荷能力不出現明顯下降;煙道排氣口優化改造，將原排氣口延伸優化，增加合理的增壓自動排風系統，與燃氣空調運行狀態連鎖控制啟停;安裝在線監控，在集中排氣口安裝NOx在線監控設備，對煙氣排放濃度實現實時監控，并為監測數據接入大數據管理平臺預留條件。此方案投資約70萬元。

3.2 燃氣空調主機氣改電

3.2.1 淘汰3臺燃氣空調，保留1臺LG1336 kW磁懸浮（單冷）空調，增加2臺高效離心式熱泵機組（簡稱方案2）。

新增2臺高效離心式熱泵機組，與原3臺燃氣溴化鋰機組制冷制熱總量比較，完全能滿足需求，設備投資約需430萬元;冷卻塔熱源改造，隔離1臺原冷卻塔做熱源改造，約需投資38萬元;舊燃氣空調拆除，約需費用30萬元;機房管路水泵優化改造，約需費用55萬元;此方案需電力增容1 000 kVA，根據重慶中國三峽博物館實際情況，增容約需費用350萬元。此方案改造投資合計約903萬元。

3.2.2 淘汰3臺燃氣空調，保留1臺LG1336 kW磁懸浮（單冷）空調，增加1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和2臺風冷熱泵機組（簡稱方案3）。

新增1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和2臺風冷熱泵機組，與原3臺燃氣溴化鋰機組制冷制熱總量比較，制冷時完全能滿足需求，制熱量略小，但從實際使用情況來看，也能滿足制熱要求。設備投資總計約430萬元;舊燃氣空調拆除，費用約需30萬元;室內室外管路改造，約需費用120萬元;此方案需電力增容1 200 kVA，根據重慶中國三峽博物館實際情況，增容約需費用350萬元。此方案改造投資合計約930萬元。

4 可行性方案比選

4.1 基礎性能比對

由表1可知，方案1投資最少，NOx排放能做到小于當前國家和地區排放標準，實施較易，但維護費用較高，除不能做到NOx零排放外，其他如CO、CO2、SOx等有害有毒氣體的排放也不能減少，性價比不高;方案2投資較高，能在能源應用末端做到真正意義上的零排放，但熱源改造較難，熱源液體的使用及儲存收集較麻煩，實施難度較大，電力增容投資費用較高，但符合重慶中國三峽博物館中央空調實際使用狀況，控制、調度更易實現，能源利用率更高;方案3投資最高，能在能源應用末端做到真正意義上的零排放，實施難度較大，電力增容投資費用較高，但符合重慶中國三峽博物館中央空調實際使用狀況，控制、調度更易實現，能源利用率更高。

4.2 燃氣空調與純電空調的比對

方案1只對燃氣空調燃燒機進行低氮改造，暫時能達到國家要求的氮排放標準，目前技術還做不到真正意義上的零排放，燃燒殘留的有毒有害氣體的排放難以避免;方案2和方案3用純電空調取代燃氣空調，可暫時視作真正意義上的零排放，運行控制更容易，安全性更高。目前，我國火力發電的占比越來越小。更清潔環保的發電方式（如風力發電、水力發電、核能發電）是未來發展的方向，應用純電空調更契合未來發展方向。

4.3 能耗評估比對

4.3.1 方案1能耗評估。在重慶中國三峽博物館現有狀況下的磁懸浮變頻離心式冷水機組（2019年空調改造新增）與燃氣空調耗能比對（暫忽略燃燒機改造后的效率下降）結果如下。

經重慶中國三峽博物館近3年實際運行測算，一臺某品牌BZ75Ⅷ型直燃機（制冷872 kW，制熱673 kW）燃氣空調制冷時平均1 h耗天然氣約43 m3，天然氣價格為1.77元/m3，相應的冷卻水泵（30 kW）、冷溫水泵（22 kW）的電價為0.52元/（kW·h），合計1 h能耗為1.77×43+（30+22）×0.52=103元，即每小時輸出輸出1 000 kW冷量需花費約（1 000÷872）×103=118.12元;而一臺某品牌MCWFIJD型（制冷量為1 336 kW，電功率為207.3 kW）磁懸浮與相應的冷凍水泵（電功率45 kW）、冷卻水泵（電功率37 kW）1 h能耗為（207.3×70%+45+37）×0.52=118.1元，即每小時輸出1 000 kW冷量需花費約（1 000÷1 336）×118.1=88.40元。由此可看出，磁懸浮變頻離心式冷水機組制冷時比燃氣空調節能24.4%，并能多提供近2 h的冷量（燃氣空調啟動達設定溫度慢且需時間稀釋停機）。

4.3.2 方案2能耗評估（淘汰燃氣空調，增加兩臺高效離心式熱泵機組）。采用此方案時，夏季制冷多數時間可只開保留下來的一臺某品牌MCWFIJD型磁懸浮（單冷）空調和一臺新增的高效離心式熱泵機組，冬季制熱時多數時間可只開一臺高效離心式熱泵機組。能耗估算如表2所示。需要說明的是，基于每天運行10 h，按照電價0.52元/（kW·h）和氣價1.77元/m3估算。由計算結果可知，方案1的能耗占比為100%，方案2的能耗占比為77.16%。由表2可看出，增加兩臺高效離心式熱泵機組比原燃氣空調能耗低。

4.3.3 方案3能耗評估（淘汰燃氣空調，保留一臺某品牌MCWFIJD型磁懸浮（單冷）空調，增加一臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和兩臺風冷熱泵機組）。采用此方案時，夏季制冷時多數時間可只運行保留的一臺某品牌MCWFIJD型磁懸浮（單冷）空調和新增加的一臺耗電量260 kW、制冷量1 758 kW的磁懸浮變頻離心式冷水機組，兩臺風冷熱泵機組只在極端天氣或故障時運行，只作備用;冬季制熱時，可只運行兩臺新增的風冷熱泵機組，一臺只對辦公區供暖（運行時間較長），一臺可對展廳或全館供暖（運行時間較短），能耗估算如表3所示。需要說明的是，基于每天運行10 h，按照電價0.52元/（kW·h）和氣價1.77元/m3估算。由計算結果可知，方案1的能耗占比為100%，方案3的能耗占比為60.27%。由表3可看出，磁懸浮+風冷熱泵機組比增加兩臺高效離心式熱泵機組和原燃氣空調能耗都低。

5 結語

通過對3種不同的方案進行評估可知，方案3更切合重慶中國三峽博物館實際應用和未來發展方向。選擇方案3，主要有3個原因：①用純電空調能暫時視作真正意義上的零排放，一勞永逸，因此可以排除方案1;②隨著磁懸浮等技術的廣泛應用，純電空調效率及能源利用率比燃氣空調的優勢越來越明顯;③在初投資相差不大的情況下，方案3設備技術更成熟，使用維護更方便，能源利用率更高且能耗控制調度更合理，而方案2有明顯的缺陷。例如：制熱季時，越冷越需供熱時，冷卻塔熱源輸出越困難;制冷季時，熱源液體收集儲存較困難，且較麻煩。

參考文獻：

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[5]袁燕明.超臨界機組降氮節能改造技術研究及應用[D].廣州：華南理工大學，2017：16-22.