鍋爐“煤改氣”可以有效壓減燃煤，降低大氣中可吸入顆粒物濃度，但是，燃?xì)忮仩t使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣和氮氧化物，而水蒸氣和氮氧化物是形成霧霾天氣的主要成因之一。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前北京市燃?xì)忮仩t保有量超過1萬臺(tái)，隨著鍋爐“煤改氣”工程的繼續(xù)推進(jìn)，燃?xì)忮仩t保有量將持續(xù)增加。鍋爐“煤改氣”可以有效壓減燃煤，降低大氣中可吸入顆粒物濃度，但是，燃?xì)忮仩t使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣和氮氧化物，而水蒸氣和氮氧化物是形成霧霾天氣的主要成因之一。
為加強(qiáng)對(duì)鍋爐大氣污染物的排放控制，保障人體健康、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改善環(huán)境空氣質(zhì)量，2015年北京市發(fā)布了最新《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在用鍋爐氮氧化物排放濃度要低于80mg/m3，遠(yuǎn)低于目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的200mg/m3。
隨著北京市鍋爐排放新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，未來幾年將迎來在用燃?xì)忮仩t低氮燃燒改造的高峰。2014年開始，國(guó)內(nèi)外的技術(shù)廠家已經(jīng)開始將各種低氮燃燒技術(shù)在燃?xì)忮仩t上進(jìn)行試驗(yàn)和應(yīng)用。本文通過一種新型的“燃?xì)忮仩t減霧減霾及熱能回收裝置”在南苑供熱廠和東郊供熱廠的應(yīng)用效果為例，表明低氮燃燒技術(shù)改造對(duì)北京市治理霧霾、改善空氣質(zhì)量、節(jié)約能源的貢獻(xiàn)。
1、工作原理
燃?xì)忮仩t濕煙氣中的冷凝及氮氧化物的生成是一個(gè)復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，燃?xì)忮仩t的燃料為天然氣，主要成分是甲烷(CH4)，屬于高氫燃料，在理論空氣量下，煙氣中水蒸氣容積量高過20%，每標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣燃燒后的煙氣中水蒸氣質(zhì)量約為1.55kg左右，攜帶熱量約3640kJ，燃?xì)忮仩t天然氣燃燒溫度超過1200℃后，會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物，氮氧化物生成還與空氣過剩系數(shù)等有關(guān)。因此，通過低氧燃燒、優(yōu)化助燃空氣、燃?xì)獗壤{(diào)節(jié)、煙氣熱能回收等技術(shù)綜合應(yīng)用，可有效減少煙氣中的水蒸氣和氮氧化物，提高鍋爐熱效率，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忮仩t的減霧減霾和節(jié)能。
1.1裝置的構(gòu)成
減霧減霾及熱能回收裝置由節(jié)能器、減霧器、減霾裝置、引風(fēng)機(jī)、冷凝水收集系統(tǒng)及煙氣壓力、溫度測(cè)量等部件組成，通過一級(jí)換熱和二級(jí)換熱進(jìn)行高溫?zé)煔馀c低溫鍋爐回水和冷空氣的熱量交換。
1.2裝置的原理
①一級(jí)換熱，利用低溫鍋爐回水吸收高溫?zé)煔庵袩崃浚饕諢煔庵械娘@熱，提高鍋爐回水溫度，提高鍋爐燃燒效率，節(jié)約燃?xì)狻?/div>
②二級(jí)換熱，利用冷空氣進(jìn)一步吸收低溫?zé)煔庵袩崃浚瑢⑴艧煖囟冉档椭谅饵c(diǎn)溫度以下，主要吸收煙氣中的潛熱，煙氣中2/3的水蒸氣凝結(jié)成水，大大減少煙氣中水汽向大氣的排放，冷凝水回收后作為鍋爐補(bǔ)水使用，冷空氣加熱后進(jìn)入鍋爐燃燒，提高鍋爐燃燒效率，節(jié)約燃?xì)狻?/div>
③利用低氧燃燒和廢氣回流混燒技術(shù)，降低爐膛燃燒溫度，抑制氮氧化物的生成，減少煙氣中氮氧化物的排放。
2、項(xiàng)目應(yīng)用
2.1南苑供熱廠項(xiàng)目
南苑供熱廠位于北京市豐臺(tái)區(qū)，鍋爐房共有4臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t，鍋爐總?cè)萘繛?6MW，鍋爐型號(hào)均為WNS14-1.25/115/75-Q，鍋爐房供熱面積為55萬m2，主要為南苑機(jī)場(chǎng)提供供暖服務(wù)。2013年，該鍋爐房成功安裝了一臺(tái)減霧減霾及熱能回收裝置(圖1)，改造后的燃?xì)忮仩t各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
2.2東郊供熱廠項(xiàng)目
東郊供熱廠(原花家地供熱廠)隸屬于北京市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，負(fù)責(zé)25個(gè)熱力站提供熱源，為該地區(qū)250萬m2、3萬余戶居民供熱。2013年，東郊供熱廠實(shí)施了“煤改氣”工程改造，將燃煤鍋爐全部更換為燃?xì)忮仩t。為減少污染物排放，2014年，東郊供熱廠選擇了1臺(tái)型號(hào)為WNS14-1.6/130/70-Y(Q)的燃?xì)鉄崴仩t加裝了減霧減霾及熱能回收裝置，該裝置比南苑供熱廠的裝置增加了煙氣回流混燒技術(shù)，其減排效果也更加顯著(圖2)。
南苑供熱廠和東郊供熱廠的2臺(tái)鍋爐改造后，設(shè)備運(yùn)行正常，與改造前相比，鍋爐排煙中的排煙溫度、水蒸氣、氮氧化物濃度均大幅下降，冷凝水大量回收，天然氣消耗量也明顯減少。
3、檢測(cè)結(jié)果
根據(jù)南苑供熱廠和東郊供熱廠的項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行情況，依據(jù)GB/T10180《工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2臺(tái)燃?xì)忮仩t分別進(jìn)行改造前后的熱效率和污染物排放濃度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1～4。
測(cè)試結(jié)果表明，南苑供熱廠14MW燃?xì)鉄崴仩t使用減霧減霾及熱能回收裝置后，鍋爐熱效率提高4.63%，鍋爐節(jié)氣率達(dá)5.09%，回收冷凝水590kg/h，氮氧化物排放濃度下降至56.9mg/m3。同時(shí)，在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一個(gè)氮氧化物的排放規(guī)律，隨著燃?xì)饬康臏p少，氮氧化物排放濃度也相應(yīng)減少，該發(fā)現(xiàn)對(duì)指導(dǎo)在用燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。
東郊供熱廠14MW燃?xì)鉄崴仩t使用減霧熱能回收裝置后，鍋爐熱效率提高3.72%，鍋爐節(jié)氣率達(dá)4.0%，回收冷凝水997kg/h，氮氧化物排放濃度下降至44mg/m3。
4、結(jié)論
通過對(duì)南苑供熱廠和東郊供熱廠2臺(tái)燃?xì)鉄崴仩t應(yīng)用減霧減霾及熱能回收裝置的實(shí)際運(yùn)行檢測(cè)和研究，該技術(shù)裝置可大幅減少鍋爐排煙中的水蒸氣及氮氧化物濃度，提高了鍋爐熱效率，并降低了天然氣消耗，如能在在用燃?xì)忮仩t的節(jié)能減排改造項(xiàng)目中推廣使用，可減少燃?xì)忮仩t使用過程中對(duì)環(huán)境的影響，為北京市及周邊地區(qū)的節(jié)能減排工作發(fā)揮重要作用。
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