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(guò)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(lèi)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(lái),頻繁出現(xiàn)的霧霾天給老百姓的工作和生活帶來(lái)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(lái)源之一,對(duì)于北方城鎮(zhèn)來(lái)說(shuō),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(wèn)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(wú)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(kāi)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(lái)越高,運(yùn)行效率有逐年下降的趨勢(shì)。燃煤鍋爐體積大、輔機(jī)多,儲(chǔ)煤場(chǎng)、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(zhǎng),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(jiàn)表1。另外,燃煤鍋爐所帶來(lái)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(shì)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(wàn)平方米,到了2018年將超過(guò)200萬(wàn)平方米。為滿足學(xué)校未來(lái)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(guò)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(jiǎn)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(wú)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(guò)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(zhuān)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(chǎng)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(kù)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(chǎng)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(guó)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(jiǎn)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(wàn)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(cè)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(jiàn)表2。
5結(jié)束語(yǔ)
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(guò)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(wèn)題。