上海某大厦燃气热水锅炉低氮改造与环保效益分析

1 项目概况

1.1 改造前锅炉基本情况

上海某大厦现有2 台燃气常压热水锅炉（型号FB-H0.47），2012 年制造，为卧式天然气常压热水锅炉，放置在大厦的地下室，为大厦提供生活热水。上海市某研究所对大厦现有的2 台燃气常压热水锅炉的排放物和热性能进行了检测，如表1、2 所示。

表1 上海市某大厦锅炉改造前环保检测结果

表2 上海市某大厦锅炉改造前能效检测结果

1.2 锅炉改造方案

现阶段锅炉低氮改造的燃烧控制方案可以有两种形式：一是锅炉整体更换，二是更换燃烧器+外部烟气循环。锅炉低氮改造的目的是使锅炉的污染物排放满足标准并且尽可能减少污染物排放。

燃气锅炉燃烧形成的NOx的生成与燃烧温度有直接关系，一般情况下，燃烧区域火焰温度越高生成的NOx越多；相反，火焰温度越低，则生成的NOx越少。用改变燃烧的温度、含氧量、燃烧过程等方法来降低NOx排放浓度称为低氮燃烧技术。更换新型的低氮燃烧器可以降低氮氧化物的生成量。烟气再循环技术是将烟气吸入燃烧器内，使烟气在燃烧器内循环。烟气的混入导致燃烧过程氧浓度和燃烧温度的降低，有效缩短了烟气在高温区的停留时间且防止局部高温产生，从而抑制NOx的产生。烟气再循环分为外部烟气再循环和内部烟气再循环。外部烟气再循环技术是指烟气从锅炉的出口通过一个外部管道，接入燃烧器空气入口，通过燃烧器再次加入锅炉炉膛内进行燃烧；内部烟气再循环是指锅炉炉膛内的烟气回流到燃烧区域进行反应。

将当前生活热水锅炉（型号FB-H0.47）更换为冷凝低氮燃烧锅炉（型号为ecoCRAFT-700），这是较为直接的改造方案。原来的生活热水锅炉为常压热水锅炉（型号FB-H0.47），该锅炉的导热火管内置扰流板，可以有效降低排烟温度；具有内螺旋的水流设计，其内置翅片对炉体具有加强作用又使炉膛水冷均匀，无局部过热沸腾且无膨胀噪声。但生产年份较为久远，锅炉热效率下降并且不能适应当前所限制的污染物排放要求。整体更换锅炉需要对市面上已有的锅炉进行分析和选择，冷凝低氮燃烧锅炉（型号ecoCRAFT-700）使用冷凝低氮燃烧器，它的关键在于冷凝技术，是一种新型节能环保的技术。该技术通过一定的装置将锅炉燃烧后排放的热烟气（一般在140℃左右）中的能量进行回收，经过回收后的排烟温度只有60℃左右，这样热效率得到提高，将NOx排放控制在30mg/m3以内，可以达到低氮改造的目标。

1.3 方案的比较与选择

更换低氮燃烧器+烟气循环方案是较常用的低氮改造方式，需对当前两台锅炉的接口处进行改造，使其能够适应新型的低氮燃烧器，并在锅炉的尾部增设一个烟气循环管道，改造费用相对较低。但由于该大厦锅炉房地下室空间狭小，管道密集，难以安装烟气再循环管道，而更换锅炉后锅炉的体积更加紧凑，可以满足锅炉房大小要求。综合考虑到锅炉已经使用8 年，因此本次改造最终确定整体更换锅炉的方案。更换锅炉方案包括向厂家提供需求，由厂家制定设计方案以及施工安装、调试运行等。这种方案的优点是改造质量有保证，锅炉的热效率提高，排放相应降低，并且更换锅炉之后具有较长的使用年限。

2 锅炉低氮改造后环保能效检测

2.1 环保检测

对锅炉进行环保检测时，测试过程中锅炉燃烧状态良好，负荷平稳，烟气波动小，符合国家标准所规定的测定要求，测量结果如表3 所示。

表3 上海市某大厦锅炉系统改造后环保检测结果

2.2 能效检测

为了确定锅炉低氮改造之后效率是否提高，需要进行能效测试，其方法是反平衡法。反平衡法是通过测定各种燃烧产物热损失和锅炉散热损失来确定效率的方法，其公式为：

式中q2为锅炉排烟热损失占锅炉输入热量的百分率，%；q3为气体未完全燃烧热损失占锅炉输入热量的百分率，%；q4为固体未完全燃烧热损失占锅炉输入热量的百分率，%；q5为散热损失占锅炉输入热量的百分率，%；q6为灰渣物理热损失占锅炉输入热量的百分率，%。

基于以上所述的反平衡法，对改造后的锅炉进行测试，将铂电阻和数显表放置在燃烧器进风口处测量入炉冷空气温度，将铂电阻和数显表放置在锅炉烟道出口一米内，用来测量排烟温度和烟气成分。锅炉能效检测结果如表4。

表4 上海市某大厦锅炉改造后能效检测结果

3 低氮改造环保效益分析

3.1 改造后锅炉情况

整体更换锅炉方案是将两台生活热水锅炉（型号FBH0.47）更换成两台低氮燃气热水锅炉（型号ecoCRAFT-700）。整体更换锅炉之后两台锅炉NOx排放量成功控制在25mg/m3内，并且新的热水锅炉热效率较原来的锅炉热效率得到提高。

3.2 节能效益分析

低氮改造之后锅炉热效率提高，由于所需生活热水用量相同，锅炉改造后燃气用量相应降低。该大厦生活热水用量较小，改造前后锅炉燃气用量如表5 所示，一年燃气用量也较小，改造前生活热水锅炉平均每天需要10m3，而锅炉热效率提高程度有限，因此此次改造所带来的节能效果有限。

表5 生活热水锅炉改造前后燃气用量

3.3 环保效益

锅炉更换之后检测到烟气中NOx含量大幅度降低，由烟气中污染物排放指标减少带来的减排效果更加明显，具体污染物排放量如表6 所示。

表6 锅炉低氮改造前后NOx排放量

4 结语

综合考虑实际工程情况，对比分析了整体更换锅炉和更换燃烧器两个方案之后，低氮改造选择了整体更换锅炉方案。本次低氮改造环保和能效测试得出：可以将锅炉烟气中NOx含量由120～130mg/Nm3降低至25mg/Nm3以内，实现了达标排放。更换锅炉带来的环保效益明显，能效也有所提高，为小型燃气热水锅炉低氮改造提供了经验，值得借鉴。