供熱燃?xì)忮仩t低氮改造的分析

何文凱 蔡金輝 洪瑋鑫

上海申能奉賢熱電有限公司

0 引言

根據(jù)上海市人民政府辦公廳發(fā)布的“關(guān)于印發(fā)《上海市清潔空氣行動計劃（2018-2022年）》的通知”，為持續(xù)改善本市環(huán)境空氣質(zhì)量，降低大氣PM2．5濃度，完成《上海市清潔空氣行動計劃（2018-2022年）》和《上海市人民政府辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)本市中小鍋爐提標(biāo)改造工作的實(shí)施意見的通知》（滬府辦規(guī)〔2018〕33號），全市相關(guān)企業(yè)開展了提標(biāo)改造項目以降低排放。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)《上海市經(jīng)濟(jì)信息化委、市環(huán)保局關(guān)于加快推進(jìn)中小燃?xì)猓ㄓ停╁仩t提標(biāo)改造工作的通知》（滬經(jīng)信節(jié)〔2018〕571號）、《關(guān)于做好上海市中小鍋爐提標(biāo)改造專項支持資金申報審核工作的通知》（滬經(jīng)信節(jié)〔2019〕2號）的相關(guān)要求，上海市經(jīng)信委公開數(shù)據(jù)《第一批上海市中小燃?xì)猓ㄓ停╁仩t提標(biāo)改造財政獎勵擬支持項目名單》顯示共有2 169臺鍋爐完成低氮改造，總量7 003．75 t/h，改造企業(yè)935家，占全市總的中小鍋爐數(shù)的39．5%，上海市擬支持金額合計22 092．12萬元，配套各區(qū)總的擬支持金額合計22 092．12萬元，目前各區(qū)正在籌措資金。

本批改造清單中所有完成低氮改造的燃?xì)忮仩t噸位分布見圖1。改造主要采取更換低氮燃燒器、鍋爐和末端改造[1]三種，具體分布占比見圖2。其中，72．49%的鍋爐采用更換低氮燃燒器的方式完成提標(biāo)工作。容量10 t以上的103臺燃?xì)忮仩t，更換鍋爐的有6臺、末端改造的有5臺，其余的92臺更換燃燒器，占比高達(dá)89．32%。顯然，噸位越大的鍋爐由于其建造成本高，更傾向于更換燃燒器。

各企業(yè)對投入提標(biāo)改造項目的資金量很是關(guān)注，投入資金的多少在很大程度上影響企業(yè)參與改造的積極性。通過對現(xiàn)有已實(shí)施項目的數(shù)據(jù)分析，得出資金使用與企業(yè)數(shù)分布圖，見圖3。

圖1 低氮改造鍋爐噸位分布圖

圖2 低氮改造方式分布圖

圖3 資金使用與企業(yè)數(shù)分布圖

投入10萬元以下的企業(yè)占比36．46%，10萬～20萬元的占比24．09%，20萬～50萬元的占比30．60%，以上三類企業(yè)總占比達(dá)91．15%，加上上海市政府、區(qū)政府的補(bǔ)貼比例，大部分企業(yè)的改造投入資金是可承受的。在后續(xù)其他省市推廣政策制定中，上海市的補(bǔ)貼比例提供了可靠的參考依據(jù)。

2 項目實(shí)施

公司現(xiàn)有中小燃?xì)忮仩t五臺，其中，星火開發(fā)區(qū)應(yīng)急熱源布置三臺，型號為SZS50-1．5/250-Y/Q、SZS50-2．6/250-Y/Q、SZS50-2．6/300-Y/Q 50 t/h，廠區(qū)啟動鍋爐房布置兩臺，型號為SZS25-2．6/240-Y/Q 25 t/h。燃?xì)庹羝仩t基礎(chǔ)NOx排放為80 mg/m3左右，需要通過提標(biāo)改造降低至50 mg/m3以下[2]。

NOx排放的控制可通過抑制熱力型和燃料型的NOx[3]來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)燃料為天然氣時，由于天然氣氮含量較低，熱力型的NOx是唯一可在實(shí)際中被控制的成分。燃燒修正通過降低火焰溫度來實(shí)現(xiàn)，對降低熱力型NOx是最為有效的。

通過綜合評定，決定采用更換低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)的技術(shù)路線，在實(shí)現(xiàn)低氮燃燒煙氣內(nèi)循環(huán)的前提下，輔助煙氣外循環(huán)。通過摻混煙氣至空氣中降低了助燃空氣中氧的濃度，從而降低燃燒火焰溫度200℃，抑制熱力型NOx產(chǎn)生[4]，將NOx的排放濃度降低了30 mg/m3，使總的排放濃度達(dá)到上海市排放標(biāo)準(zhǔn)50 mg/m3以下，最優(yōu)值可達(dá)到28 mg/m3。由此可見，燃?xì)忮仩tNOx排放濃度仍具有進(jìn)一步降低的潛力可挖。

3 改造過程中的注意事項

3.1 燃燒器的選型

將現(xiàn)有鍋爐燃燒器更換為低氮型燃燒器以改善爐膛內(nèi)煙氣內(nèi)循環(huán)。燃燒器選型要考慮以下4點(diǎn)。

1）燃燒火焰長度、寬度、剛度尺寸是否與爐膛尺寸相匹配、深入爐膛內(nèi)部尺寸是否匹配煙氣內(nèi)循環(huán)要求，因?yàn)槿紵骰鹧孢^大會造成水冷壁直接接觸火焰而受損。以本項目50 t/h燃?xì)忮仩t為例，爐膛尺寸長11 520 mm，寬2 600 mm，高2 600 mm，燃燒器選型時核對燃燒火焰試驗(yàn)參數(shù)，并與鍋爐制造廠溝通取得技術(shù)匹配的認(rèn)可；

2）現(xiàn)有前墻受熱面對安裝尺寸的適配程度。采用煙氣內(nèi)循環(huán)的燃燒器需要深入一定的長度，讓火焰根部形成穩(wěn)定的回流區(qū)以提高燃燒穩(wěn)定性；

3）燃燒器風(fēng)道、燃?xì)夤艿馈Ⅻc(diǎn)火電極、PLC等接口是否匹配，有差異的需要在生產(chǎn)前溝通清楚；

4）燃燒器閥組型號能否重復(fù)利用，并匹配新的燃燒器控制系統(tǒng)。

3.2 燃燒器的更換

燃燒器的更換要注意：燃燒器法蘭螺栓孔與原有鍋爐前面板螺栓孔是否匹配，防止燃燒器到場后裝配不上；燃燒器固定完成后，要對燃燒器與鍋爐前面板之間的間隙進(jìn)行二次密封；燃?xì)庵鞴艿篱_孔前一定要做好安全準(zhǔn)備，徹底放空燃?xì)夤苤械臍堄嗳細(xì)猓⒂每扇細(xì)怏w報警器在放散管處測量無誤后再進(jìn)行開孔作業(yè)，防止出現(xiàn)燃?xì)獗棘F(xiàn)象；燃燒器更換后，可能會出現(xiàn)原有燃燒器到控制柜之間的電纜（含電源線、控制線）不匹配現(xiàn)象，需要重新布線，以前的原有電纜大部分都是埋地的，如需新布線建議增設(shè)橋架，不破壞現(xiàn)有裝修地面；燃燒器控制柜與鍋爐控制柜之間的連接、鍋爐控制柜與DCS監(jiān)視系統(tǒng)的連接要充分考慮鍋爐控制系統(tǒng)匹配的完整性和可靠性。

3.3 再循環(huán)風(fēng)機(jī)的選型

再循環(huán)風(fēng)機(jī)選型要核對再循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量是否符合設(shè)計要求，原有配電系統(tǒng)由于電動機(jī)功率的增加，其出線分配是否需要改變。

3.4 再循環(huán)煙風(fēng)道的要求

再循環(huán)煙風(fēng)道要考慮：鋼板材質(zhì)、厚度是否符合設(shè)計要求；煙風(fēng)道肋板規(guī)格、距離是否符合設(shè)計，防止震動產(chǎn)生噪音；再循環(huán)風(fēng)道需埋地部分，要對預(yù)制風(fēng)管進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)以確認(rèn)嚴(yán)密性，埋地鋼板風(fēng)道外部要做防腐；由于空氣與富含水蒸氣的煙氣摻混，混風(fēng)箱、風(fēng)道需設(shè)置低位自動疏水、水封裝置。

3.5 熱控電氣系統(tǒng)的要求

熱控電氣系統(tǒng)要考慮：敷設(shè)增加的控制及動力電纜是否滿足現(xiàn)場設(shè)備的需求，同時根據(jù)煙氣外循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐控制邏輯要求升級改造并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整試驗(yàn)。

3.6 調(diào)試的要求

燃燒器的調(diào)試應(yīng)在燃燒器制造單位或其授權(quán)單位的技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)下進(jìn)行，鍋爐使用單位應(yīng)確保無關(guān)人員不得在鍋爐附近聚集；燃燒調(diào)整主要根據(jù)中心環(huán)開度、外環(huán)開度、鼓風(fēng)機(jī)頻率確定基本燃燒情況，參考值為煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)CO含量不超過10 mg/m3；輔助調(diào)節(jié)再循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率、再循環(huán)風(fēng)門開度、鼓風(fēng)機(jī)開度來調(diào)節(jié)燃燒助燃風(fēng)中氧含量、風(fēng)燃比，以達(dá)到控制NOx排放值不超過50 mg/m3的目標(biāo)；調(diào)試過程中要時時監(jiān)測煙氣成分、火焰形狀和顏色，防止燃燒不穩(wěn)定造成事故，監(jiān)視煙氣中氧含量濃度不低于2．0 mg/m3；調(diào)試結(jié)束時氧含量濃度推薦區(qū)間為2．0～4．0 mg/m3，這樣既可保證冬夏季穩(wěn)定燃燒，又能減少煙氣熱損失，從而保障鍋爐熱效率。

4 低氮改造的影響

4.1 鍋爐熱效率下降

由于爐膛燃燒溫度降低、輻射換熱減少、尾部煙氣流量增加、對流換熱量增加，鍋爐整體效率存在降低的可能性。

4.2 燃燒器二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿的選型

進(jìn)口燃燒器通常是采用鎖緊螺栓將二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿鎖緊設(shè)計，是常規(guī)風(fēng)量風(fēng)壓下的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)方式。由于中國市場氮排放要求高，采用煙氣外循環(huán)技術(shù)改造的項目為更好地降低氮化物排放，在選擇風(fēng)機(jī)時風(fēng)量風(fēng)壓都要大于歐洲標(biāo)準(zhǔn)。此外，針對鎖緊螺栓緊固方式不可靠問題，了解到二次風(fēng)門調(diào)節(jié)精度不需過小，通常卡扣式的手柄固定裝置就能將把手與刻度盤卡扣在一起做好固定，以避免風(fēng)量風(fēng)壓過大時導(dǎo)致二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿打滑的可能性，詳見圖4。

圖4 燃燒器二次風(fēng)門手柄設(shè)計比對

4.3 對燃燒的影響

燃燒調(diào)整結(jié)束后需再次確認(rèn)火焰形狀和顏色，確保火焰燃燒狀況良好。杜絕燃燒不充分出現(xiàn)積炭現(xiàn)象。黑色可燃物積聚在爐膛底部、四面水冷壁會影響鍋爐換熱效率、減少鍋爐出力，嚴(yán)重的會導(dǎo)致水冷壁流動變慢、局部管道過熱，損傷到管道本體，可燃物積存還會形成爆燃隱患。

5 結(jié)論

本次提標(biāo)低氮改造項目涉及蒸汽總噸位達(dá)200 t/h，總投入資金近700萬元，整個項目經(jīng)歷了可研調(diào)查、設(shè)計、施工、調(diào)試直至竣工驗(yàn)收，最終實(shí)現(xiàn)了NOx排放從80 mg/m3降至50 mg/m3，運(yùn)行最低值能降至28 mg/m3，說明該型鍋爐通過提標(biāo)改造，根據(jù)現(xiàn)有的低氮燃燒器、煙氣外循環(huán)系統(tǒng)，配合燃燒調(diào)整等手段具備進(jìn)一步降低排放的潛力。

對比國家標(biāo)準(zhǔn)中的NOx排放值，上海市的排放值已遙遙領(lǐng)先。本市“十三五”期間的低氮提標(biāo)改造推廣經(jīng)驗(yàn)和項目實(shí)施具有很大的示范效應(yīng)[5]，帶動了設(shè)備廠家、服務(wù)商等上下游企業(yè)發(fā)展就業(yè)，有利于“十四五”期間全國范圍內(nèi)燃?xì)忮仩t低氮改造升級，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。