上海市中小锅炉低氮达标排放改造路径分析及相关建议

何淑英 金 颖

上海市节能减排中心有限公司

0 前言

上海市一直非常重视锅炉污染控制工作，为促进锅炉排放控制工作，分别于2012年、2013年启动了两轮针对中小燃煤（重油）锅炉的清洁能源替代工作。2015年底，全市累计完成约6 000台中小燃煤（重油）锅炉和窑炉的清洁能源改造和关停，全面完成取消全市分散燃煤（重油）锅炉和工业窑炉的任务。

近期，随着国家和全市对大气污染防治工作的不断推进，对锅炉排放中 NOx、SO2、PM2．5 等污染物浓度提出了新的要求，上海出台了《锅炉大气污染物排放标准》（DB31/387-2018），根据《标准》要求，全市65t/h以下中小锅炉需在2020年10月1日《标准》实施前，全面完成NOx排放提标改造工作。其中，根据全市新一轮清洁空气行动计划要求，7个中心城区要在2019年底前完成提标改造。

本文在调研全市在役中小锅炉的分布情况、各类低氮改造技术特点、低氮改造的技术路径、推进低氮改造存在问题的基础上，提出了上海市锅炉低氮改造路径和相关建议。

1 上海市中小锅炉总体情况

2016年上海市在役中小锅炉合计5 500余台，燃气锅炉和燃油锅炉的占比分别约为54%和39%，电锅炉占比约为5%。

按分布区域，上海市目前在役锅炉大部分分布在郊区，中心城区内锅炉占比约为23%；锅炉规模：全市锅炉85%以上为4t以下的锅炉，容量合计占比约50%，见图1、图2。由于前两年已开展燃煤（重油）锅炉的清洁能源替代工作，目前，全市约50%锅炉炉龄在5年以下（一般锅炉使用寿命约15年-20年）；用途和行业：工业制造业锅炉占总量的54．83%，主要分布在化学原料和化学制品制造业、纺织服饰业、食品制造业、橡胶和塑料制品业等行业；此外，服务行业锅炉主要分布在房地产业、商务服务业、住宿业及卫生业等行业。

图1 不同容量锅炉数量占比情况

图2 不同容量锅炉容量占比情况

2 中小燃油燃气锅炉排放标准的新要求

近期，随着国家和上海市对大气污染防工作的不断深化，对锅炉排放中氮氧化物浓度提出了新的要求。据此，北京、天津、山东等省市均已修订出台了更严格的锅炉排放标准。其中，北京提出了在用锅炉NOx达到80 mg/m3以下，新建锅炉NOx达到30 mg/m3以下，见表1。上海市环保局也牵头开展了锅炉排放标准的修订，并于2018年6月发布，新标准对于单台出力在65t/h以下的中小型锅炉明确提出了更加严格的NOx排放标准，即燃气锅炉应达到50 mg/m3以下，燃油锅炉按照外环线内外分别应达到50 mg/m3和80 mg/m3以下，新标准将于2020年10月起生效。据此，全市现役5 000余台中小燃油燃气锅炉亟待开展提标改造工作。

3 中小锅炉低氮改造技术和路径

3.1 技术路径

对燃油锅炉，通过更换燃油锅炉燃烧器，在技术上能实现氮氧化物排放浓度下降至80 mg/m3左右，但无法达到50 mg/m3的排放标准；通过将燃油锅炉改为电锅炉或燃气锅炉可达到50 mg/m3的排放标准。对燃气锅炉，可通过更换低氮燃烧器或整体更换低氮锅炉，以达到50 mg/m3的排放标准。此外，通过后端处置，如加装锅炉烟气的脱硝装置等也可降低锅炉排放浓度至50mg/m3以下，见表2。

3.2 技术特点

目前，锅炉低氮燃烧改造技术主要包括分级燃烧、烟气再循环、表面燃烧、水冷预混和后端处置，见表3。经比较，上述改造技术均可将氮氧化物排放浓度控制在50mg/m3以下，贫燃预混、水冷预混等方式虽然对氮氧化物有较好的控制，但在安全性上存在一定隐患；贫燃预混技术的维护费用较高，需要对金属纤维、滤网等进行更换和人工维护；水冷预混技术仅适用于6t/h以下的小容量锅炉；末端治理技术的后期运维费用较高。

4 中小锅炉低氮改造存在的问题

上海市中小锅炉低氮排放改造工作目前存在的问题有以下几点：

（1）与燃煤锅炉清洁能源替代改造工作时间间隔较短，企业前期已投入资金用于锅炉改造。

近年来已实施两轮燃煤锅炉清洁能源替代工作，目前在役锅炉中由燃煤锅炉清洁能源替代改造为燃油、燃气锅炉的合计有1 600余台，其中燃气锅炉约占现有燃气锅炉21．57%，燃油锅炉约占现有燃油锅炉43．72%，目前均无法满足新的排放标准，需要进行提标改造。上述企业前期已投入一定资金完成上一轮燃煤（重油）锅炉的清洁能源替代，现实施达标排放改造，需再次投资。

表1 我国各地现行的锅炉NOx排放标准（单位：mg/m3）

表2 上海市中小锅炉低氮排放改造路径

表3 锅炉低氮燃烧/排放技术原理和特点

（2）燃油锅炉改燃料品种的一次性改造投入大，尤其是天然气管网敷设、电力增容等外部配套费用高，且部分地区不具备天然气管网保障条件。

根据新的《锅炉排放标准》，外环内的燃油锅炉NOx排放限值为50mg/Nm3，通过锅炉自身改造无法满足相关标准要求，须改为电锅炉或气锅炉，或进行末端尾气处理。如1t/h锅炉本体改造投入约需20万～30万元，4t/h锅炉本体改造投入约需50万元，燃气和电力供应的配套整体改造费用也较大。

（3）通过外省市锅炉改造工作的调研，发现推进工作中存在以下问题：一是负荷对锅炉排放浓度影响较大，北京市推进初期未规定锅炉全工况下达标排放，仅要求75%及以上负荷进行验收监测，导致中、小负荷工况下排放不理想。二是部分技术还存在一些安全风险，如预混表面燃烧器是降低锅炉氮氧化物排放的一种有效方式，对于大容量锅炉，该技术在实际应用过程中可能产生爆燃现象。

5 上海市中小锅炉低氮改造推进工作的相关建议

1）引逼结合。以提高环保标准和严格执法为主要手段，加以政策引导和资金支持，推进全市在用中小锅炉加快实施提标改造，尽早实现达标排放。

2）基于此项工作的紧迫性和复杂性，建议采用以下保障措施：（1）根据区域内锅炉分布，细化管网规划，并结合本区掘路计划，加快天然气管网的施工。（2）参考全市燃煤（重油）锅炉清洁能源替代的相关保障措施，对燃气接驳、电力增容等费用予以支持。（3）强化市、区相关部门协调配合，建立高效工作机制，全力配合推进。

3）为确保中小锅炉低氮改造的有序推进，需进一步加强设备厂家技术能力、工程推进、验收检测、资金使用等多个方面的监管，如加强对设备厂家、社会化检测机构的监管，建议对设备厂家设定准入门槛，对改造效果进行评估、建立黑名单体系等；加强社会化检测机构比对监测、市级抽测，提升社会化检测机构能力水平和负责程度。