新型高效煤粉工业锅炉在区域供热项目的应用

2016-12-03王翼鹏

中国环保产业 2016年11期

关键词：袋式工业锅炉燃烧器

王翼鹏

（1.国家环境保护燃煤工业锅炉节能与污染控制工程技术中心，北京 100012；2.北京大邦实创节能技术服务有限公司，北京 100012）

新型高效煤粉工业锅炉在区域供热项目的应用

王翼鹏1,2

（1.国家环境保护燃煤工业锅炉节能与污染控制工程技术中心，北京 100012；2.北京大邦实创节能技术服务有限公司，北京 100012）

供暖行业是耗煤大户，锅炉热效率普遍处于60%～65%。新型高效煤粉工业锅炉的热效率平均在90%以上，其烟尘、SO2、NOx污染物的排放优于国家标准规定的燃煤工业锅炉大气污染物的排放限值，达到燃油、燃气锅炉的排放标准，同时具有系统全程密闭运行，作业环境良好等特性，在区域供热项目具有广阔的发展空间。

煤粉工业锅炉；区域供热；节能；污染控制

引言

长期以来，煤炭在我国能源结构中占据主导地位。2014年我国能源消费总量为42.6亿吨标准煤，其中煤炭占比66%。横向比较，煤炭消费量更是占到全球煤炭消费总量的50.6%[1, 2]。高效清洁地利用煤炭资源，一直是我国能源工作的重要课题。

工业锅炉是重要的热能动力设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、造纸、供热等多个行业。目前，我国在用燃煤工业锅炉47万余台，占工业锅炉总量的80%以上。受燃烧方式、工艺配置及运营管理水平等多种因素影响，普遍热效率处于60%～65%，低于发达国家80%的运行水平。由于总量巨大，工业锅炉是名副其实的用能大户，年消耗煤炭达6.4亿吨，其中供暖行业消费量达2.3亿吨[1]。加快燃煤工业锅炉节能技术改造，推进节能新技术、新产品的广泛应用，提升供暖企业能效水平，对于我国降低工业经济能耗作用重大、影响深远。

近年来，我国相关企业通过自主研发和集成创新，集成了煤粉集中制备供应、全程密闭精密供粉、空气分级低氮燃烧、烟气尾端净化和全程自动控制等先进技术，成功开发出一种新型高效煤粉工业锅炉[3, 4]，在多地区域供热项目中成功应用。

1 新型高效煤粉工业锅炉系统

新型高效煤粉工业锅炉根据工艺布置和系统功能可分为：1）煤粉储存系统；2）煤粉输送和燃烧系统；3）锅炉本体；4）烟气净化系统；5）飞灰收集和储存系统；6）压缩空气系统；7）自动控制系统等。其工作系统见下图。

新型高效煤粉工业锅炉系统简图

由上图可知：1）煤粉储存系统由煤仓以及保障煤粉精准配给的计量仓构成，结合放空除尘器、供粉管、计量仓和煤仓联通管、压缩空气流化装置和惰性气体保护装置，以及煤粉料位、温度和CO气体检测系统构成一整套能够实现安全、稳定的储存系统；2）煤粉输送和燃烧系统由输送风机、煤粉混合器、二次风机和低氮燃烧器构成，结合燃烧器配套点火装置、精密给粉机及配风、输粉管路，以及送粉和空气的参数检测系统，构成可以连续、稳定输粉，以及便捷点火的系统；3）锅炉本体可采用卧式结构或立式结构，锅炉功率29MW以卧式结构为主，燃烧器和点火装置一般布置在前墙，并在燃烧器和锅炉中间设置预燃室，兼顾节省点火燃料和拓展煤粉使用范围的目的。立式结构广泛应用在功率58MW以上锅炉，根据燃烧系统布置方式的不同，有直流燃烧器四角切圆布置和旋流燃烧器对称布置两种方式；4）烟气净化系统包括袋式除尘器、湿法脱硫和脱硝三部分内容。分别用于脱除烟气中的粉尘、SO2和NOx三种污染物；5）飞灰收集和储存系统用于收集锅炉本体、袋式除尘器排泄的飞灰，采用气力输送技术以全程密闭的方式输送至灰库统一收储；6）压缩空气系统由空压机、储气罐、过滤器、压缩空气干燥机等组成，主要为煤仓、燃烧器、除尘器、仓泵等设备提供压缩空气，以满足煤粉流化、燃油雾化、在线吹扫和飞灰输送等要求；7）自动控制系统采用基于DCS系统的集成控制终端平台，对整个煤粉工业锅炉系统的煤粉、给水、烟气、飞灰等不同介质的参数进行分散采集，通过对系统内动力机械和执行机构的集中控制，实现锅炉负荷调节、燃烧优化和烟气净化系统一体化控制。

2 污染控制措施

新型高效煤粉工业锅炉系统通过集成袋式除尘技术、湿法脱硫技术以及低氮燃烧联合SNCR脱硝技术，分别对粉尘、SO2和NOx等污染物进行净化和控制。

袋式除尘技术是一种利用袋状过滤元件捕集含尘气体中固体颗粒物的干式除尘技术。该技术的除尘效率一般可达到99.5%以上，烟尘排放质量浓度可低于30mg/m3，对亚微米颗粒具有较高的分级除尘效率[5]。已广泛应用于工业领域，成为我国大气污染控制特别是PM2.5排放控制的主流技术。

湿法脱硫技术是一种用碱性氧化物水溶液或水浆液在吸收塔内喷淋洗涤烟气中SO2的技术，在电力、冶金、石化等行业应用广泛，约占世界脱硫总装机容量的85%。根据采用脱硫剂的不同，常用的湿法脱硫技术有石灰石/石膏法、氨法和氧化镁法等，均能达到95%以上的脱硫效率。

低氮燃烧技术是采用空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等手段，以控制热力型NOx的一类技术的统称。根据生成途径的不同，NOx可分为热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx三类，温度是影响热力型NOx的主要因素。低氮燃烧通过延缓燃烧进程或稀释烟气显热，可有效控制燃烧室温度进而实现减少热力型NOx生成的目的。选择性非催化还原（Selective Non-Catalytic Reduction，简称SNCR）是一种通过向高温烟气中喷入尿素溶液或氨水作为还原剂，选择性地将烟气中的NOx还原为N2和H2O的脱硝技术。操作温度在800℃～1000℃，脱硝效率在30%～80%[6]。低氮燃烧联合SNCR脱硝技术采用“前端控制+后段治理”的两段式结构，集成了低氮燃烧技术和SNCR脱硝技术。

国家环境保护燃煤工业锅炉节能与污染控制工程技术中心（以下简称“工程中心”）采用空气分级燃烧和烟气再循环等手段，开发的新一代煤粉工业锅炉燃烧器已可实现NOx折算初始排放浓度＜200mg/m3，SNCR技术脱硝效率按55%考虑，NOx排放浓度已可达到100mg/m3以下，满足并优于国家标准。个别不宜实施烟气再循环和空气分级的锅炉系统，也可选用脱硝效率更高的选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，简称“SCR”）脱硝技术，实现NOx的达标排放。

3 项目案例与技术优点

目前，新型高效煤粉工业锅炉已在我国东北、华北和西北地区推广应用上百台，用户包括惠天热电、陕煤化集团、兰州热力集团等。

3.1 应用案例

东北某省会城市2#热源厂占地15,277平方米，选用蓝天环保2台58MW新型高效煤粉工业锅炉（型号AXS58-1.6/130/70-AⅢ）及附属配套设施，为国际机场及周围城区提供热源。2013年，组织对该热源厂两台锅炉进行环保测试，结果表明其烟尘、SO2排放指标均优于国家标准（见表1）。

石家庄市为了加强居民供热工程的雾霾治理，选用了2台29MW新型高效煤粉工业锅炉（型号QXS29-1.6/125/70-AⅢ）及附属配套设施，为石家庄市西北区域提供热源。2015年，组织对该热源厂2#锅炉进行环保

测试，结果表明其烟尘、SO2和NOx排放指标均优于国家标准（见表2）。

表1 2#热源厂环保检测结果

表2 西北供热2#炉环保检测结果

3.2 技术优点

新型高效煤粉工业锅炉系统具有下述优点：

（1）排放优于国家环保指标：系统集成了袋式除尘技术、湿法脱硫技术，以及低氮燃烧联合SNCR脱硝技术，对灰尘、SO2、NOx进行捕捉、过滤后排放，通过案例展示，指标优于燃煤工业锅炉的排放限值，达到燃油、燃气锅炉的排放标准。

（2）环境友好特性：传统燃煤锅炉房的煤炭堆场和渣场被煤仓和飞灰塔取代。煤粉在密闭状态下供给热源厂的煤仓，燃烧残余的飞灰经气力输送收集至灰库，灰库干灰经加湿搅拌后供给建筑企业。系统全程密闭运行，作业环境良好，媲美燃气、燃油锅炉房。

（3）先进的控制系统：DCS控制系统有别于传统的手工控制方式，辅以适当的控制策略，实现锅炉系统安全、自动、平稳调节，辅以网络技术，可实现远程控制，产品向无人值守运行、智能化发展。

（4）节能效果：燃煤工业锅炉平均热效率在90%以上，对比普通燃煤锅炉的平均热效率65%，从能源利用效率来看，节能30%以上。据估算，全国工业锅炉（窑炉）如全部改造升级为高效煤粉工业锅炉，预计每年可节约2.5亿吨标煤[7]。

4 发展与展望

4.1 已形成一批掌握核心技术的产业集群

研究机构和高新技术企业为高效清洁煤粉工业锅炉在我国的发展做出了积极的贡献。目前，相关企业已拥有国内最大、年产4万蒸吨的新型高效煤粉工业锅炉及烟气净化成套装备生产线，产品序列覆盖2.8～116MW热水工业锅炉和4.0～220t/h 蒸汽工业锅炉。

4.2 政府部门积极出台相关政策

随着煤粉工业锅炉项目的广泛应用，有关部门的认识不断深化，一些省市积极出具了相关政策。甘肃省2013年率先出台了《加快推广高效环保煤粉工业锅炉技术意见的通知》[8]，积极推广以高效环保煤粉工业锅炉技术为核心的分布式热源动力服务体系，建立了高效环保煤粉工业锅炉政府采购制度。2016年3月，山东省更是制定了《高效环保煤粉锅炉推广行动计划（2016～2018年）》，计划用3年时间推广高效环保煤粉锅炉2.5万蒸吨以上。

4.3 展望

（1）集中供热在我国北方地区是一项重要的民生工程。随着新型高效煤粉工业锅炉在集中供暖领域的大面积应用，可提高我国燃煤工业锅炉能效利用平均水平，从源头减少煤炭消耗，具有明显的经济效益。

（2）配套污染控制措施，排放数据可以达到并优于国家相关指标。减少了能源转化过程污染物的产生量，符合国家大气雾霾治理要求，具有良好的环境效益。

（3）配套先进的控制系统，提升集中供热领域先进技术装备产业化利用水平，对加快落后燃煤工业锅炉的淘汰，有积极示范效应，具有良好的社会效益。

（4）随着政府在公用事业领域PPP模式的进一步推广，在财政资金、融资渠道拓展、金融机构创新等多方推动下，会进一步拉动社会资金的有效关注，从而与政策的驱动形成合力，加速高效煤粉工业锅炉系统的推广。

[1] 中华人民共和国国家统计局．中国统计年鉴[J]．2015．

[2] BP． BP世界能源统计年鉴[J]．2015．

[3] 郎凤娥，张宗旺，杜铭华．煤粉工业锅炉的稳燃方法及装置[P]．中国专利：201010199961．1，2010-09-22．

[4] 王民法，杜铭华，王欢．煤粉精细燃烧冷热联供系统[P]．中国专利：201220651582．6，2013-06-05．

[5] 中国环境保护产业协会袋式除尘委员会．我国袋式除尘设计水平的全面进步[J]．中国环保产业，2015（3）．

[6] 孙克勤，钟秦．火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M]．北京：化学工业出版社，2006．

[7] 国家能源局西北能源监管局．煤粉高效燃烧技术发展情况调研报告[R]．西安，2015．