北京大学昌平校区燃煤锅炉清洁能源改造探析

2018-03-22王宪辉

山西建筑 2018年6期

李钟王宪辉何佳

(北京大学动力中心，北京 100871)

近年来，环境保护成为我们日常生活中值得关注的热点话题之一，北京作为一个特大型城市，人口密集，新老环境问题并存，燃煤、机动车、PM2.5等问题需要同时解决，污染治理和环境质量改善的任务十分艰巨。从2001年启动的“煤改气”，到2017年的“清煤降氮”，为解决越来越突出的环境问题，打赢城市蓝天保卫战，北京市始终坚持源头防治方向，实施大气污染防治行动，连续出台了一系列环保政策，其中对于采暖锅炉的大气污染物排放控制要求更加严格。

1 改造背景

为进一步改善空气质量，北京市政府部门制定了2013年—2017年清洁空气行动计划，昌平区也加大了环保治理力度，在《昌平区2013—2017年清洁空气行动计划重点任务分解2017年工作措施》中，工业和供暖燃煤锅炉清洁能源改造是重点之一，当地政府要求通过产业结构调整和燃煤设施清洁能源改造等方式，实现工业企业基本无燃煤。并且对未完成煤改清洁能源的工业企业，自8月1日后，燃煤设施原则上停止运行。北京大学昌平校区的供暖锅炉房即在本次改造范围之内，为了响应号召在当年完成改造任务，不影响正常供暖，学校于2016年提前启动了昌平校区清洁能源改造工程，并计划于2017年4月，即当年供暖季结束后即开始改造施工，10月底工程竣工进行设备调试，当年冬季燃气锅炉投入运行。

2 改造的必要性

锅炉房的4台2.8 MW燃煤锅炉于1998年投入使用，历经数次维修，2009年进行过脱硫除尘系统的改造。其中有2台作为供暖热源正常使用(一用一备)，另外2台处于停用状态。由于燃煤锅炉投用年代早，设备老旧，近年来锅炉本体和环保设施的故障率上升，锅炉的热效率明显降低。尤其是新标准出台后存在环保达标困难的问题，如果只是对锅炉进行环保设施的技术改造，不仅投入非常高，改造难度也很大，效果无法得到保证，从节能环保和经济运行的角度考虑并不合适。

另外，燃煤锅炉体积大、辅机多，储煤场、沉渣池、脱硫除尘设备等占地面积大，自动化程度低，运行参数调节滞后时间长，工作环境差，运行人员劳动强度大，这些都是燃煤锅炉所特有的缺点，而使用清洁能源的锅炉可以弥补上述缺点。

因此，对运行部门来说，不管是为了环保达标，还是为了设备的安全稳定运行，或是改善校园环境，完成燃煤锅炉的清洁能源改造都是非常必要而紧迫的。

3 改造方案

3.1 基本情况

该校区的供暖时间约为每年的11月7日至次年的3月22日，共约135 d，具体根据当季天气情况确定。根据学校近期规划，校区供暖面积将由目前的约4.5万m2增加到6万m2，远期将达到10万m2。为满足校区未来的发展需要，同时考虑到备用系数和锅炉的实际运行效率，选用2台4.2 MW热水锅炉作为供暖热源，并在锅炉房内提前预留设备增容的空间。

3.2 热源设备

燃气锅炉和蓄热式电锅炉都是清洁能源，经比较后发现从厂区环境、调控便捷程度、热效率等方面来看，二者有着很多共同之处，但是从投资运行成本、环保、安全性等方面来看，却存在着如下几个方面的区别:1)电锅炉在本地完全无污染，燃气锅炉需要重点考虑氮氧化物的排放问题；2)蓄热式电锅炉可用低谷电，运行成本低于燃气锅炉；3)电锅炉适用范围广，无需相关审批，便于管理；4)燃气锅炉无电力增容要求，但需要附近有市政天然气管道；5)电锅炉需考虑电力增容问题(见表1)。

该锅炉房主要任务是为学校的教学科研提供安全、稳定、可靠的供暖服务，根据该校区实际情况，再考虑到改造的紧迫性、施工工期等因素，最终确定采用燃气热水锅炉作为供暖热源设备。

表1 燃煤锅炉与电锅炉、燃气锅炉优缺点对比表

3.3 气源情况

由于市政天然气尚未覆盖到该区域，确定使用天然气作为气源后，第一时间向燃气集团提出报装申请。燃气集团负责校外管线的敷设，学校负责校内管线的敷设。但因为此段燃气外线为随路工程，需跟周边的市政道路一起施工，管道气能否按时通气存在较大的不确定性。后期经与燃气集团沟通，得知2017年供暖季前通气无法保障后，学校及时调整气源方案，第一个采暖季计划采用LNG气源作为临时过渡，市政天然气接通后，再按要求将气源切换为市政管道气。

3.4 节能和环保要求

节能方面，为提高锅炉的燃烧效率，要求采用电子比例调节燃烧机，运用全自动电子比例线性控制技术，降低锅炉综合能耗。另外，为充分挖掘供暖系统的节能潜力，要求锅炉必须配置节能器(烟气余热回收装置)，对锅炉排放出来的高温烟气中的潜热和显热进行再利用，在一定程度提升锅炉的回水温度，从而提高锅炉的整体效率。

环保方面，根据环保局2017年4月1日起执行的有关规定，新建锅炉二氧化硫排放限值为10 mg/m3，氮氧化物排放限值为30 mg/m3，锅炉氮氧化物的排放控制标准目前在世界范围内也是最严格的标准之一。因此，要求锅炉燃烧设备采用最新的超低氮燃烧技术控制氮氧化物排放。

3.5 改造具体内容

本次改造在原有锅炉房主体保持不变的前提下，主要进行热源设备的改造，包括拆除燃煤锅炉及其辅机设备，拆除脱硫除尘设施和烟囱等；安装4.2 MW燃气热水锅炉2台，并对其配套的循环水泵、补水泵、软化水装置和配电系统进行更新改造。在锅炉选型时要求燃烧机应采用口碑较好的欧美进口产品，锅炉本体选用国内知名厂家的成熟炉型。

4 改造前后对比

燃煤锅炉运行时年耗煤约1 250 t，锅炉二氧化硫年排放量为153 kg，烟尘年排放量为139 kg，氮氧化物年排放量为1 013 kg。改造后燃用天然气，可基本实现二氧化硫和烟尘的零排放，并大幅削减氮氧化物的排放，环境效益相当可观。预计二氧化硫削减量为150 kg/年，烟尘削减量为139 kg/年，氮氧化物削减量为822 kg/年。

燃煤锅炉相比燃气锅炉本身热效率就更低，使用年头长了后，热效率还会缓慢下降，如果继续投运比较容易造成能源的浪费。燃气锅炉通过安装烟气余热回收装置，可大幅降低锅炉的排烟温度，提升锅炉热效率。燃气锅炉运行调节更加方便，参数调整响应快捷，锅炉的运行曲线与天气变化情况能够更好地进行匹配，以达到精准调控运行参数、科学合理供热的目标。

燃气锅炉的结构紧凑、辅机设备少，故障率低，运行期间，水电、环保和人工等成本较低，燃料成本较高，综合成本要明显高于燃煤锅炉。

改造前后燃煤锅炉与燃气锅炉运行参数、能源消耗指标和大气污染物排放情况见表2。