上海市中小鍋爐低氮達(dá)標(biāo)排放改造路徑分析及相關(guān)建議

何淑英 金 穎

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 前言

上海市一直非常重視鍋爐污染控制工作，為促進(jìn)鍋爐排放控制工作，分別于2012年、2013年啟動(dòng)了兩輪針對(duì)中小燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代工作。2015年底，全市累計(jì)完成約6 000臺(tái)中小燃煤（重油）鍋爐和窯爐的清潔能源改造和關(guān)停，全面完成取消全市分散燃煤（重油）鍋爐和工業(yè)窯爐的任務(wù)。

近期，隨著國家和全市對(duì)大氣污染防治工作的不斷推進(jìn)，對(duì)鍋爐排放中 NOx、SO2、PM2．5 等污染物濃度提出了新的要求，上海出臺(tái)了《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/387-2018），根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》要求，全市65t/h以下中小鍋爐需在2020年10月1日《標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施前，全面完成NOx排放提標(biāo)改造工作。其中，根據(jù)全市新一輪清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃要求，7個(gè)中心城區(qū)要在2019年底前完成提標(biāo)改造。

本文在調(diào)研全市在役中小鍋爐的分布情況、各類低氮改造技術(shù)特點(diǎn)、低氮改造的技術(shù)路徑、推進(jìn)低氮改造存在問題的基礎(chǔ)上，提出了上海市鍋爐低氮改造路徑和相關(guān)建議。

1 上海市中小鍋爐總體情況

2016年上海市在役中小鍋爐合計(jì)5 500余臺(tái)，燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐的占比分別約為54%和39%，電鍋爐占比約為5%。

按分布區(qū)域，上海市目前在役鍋爐大部分分布在郊區(qū)，中心城區(qū)內(nèi)鍋爐占比約為23%；鍋爐規(guī)模：全市鍋爐85%以上為4t以下的鍋爐，容量合計(jì)占比約50%，見圖1、圖2。由于前兩年已開展燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代工作，目前，全市約50%鍋爐爐齡在5年以下（一般鍋爐使用壽命約15年-20年）；用途和行業(yè)：工業(yè)制造業(yè)鍋爐占總量的54．83%，主要分布在化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、紡織服飾業(yè)、食品制造業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè)等行業(yè)；此外，服務(wù)行業(yè)鍋爐主要分布在房地產(chǎn)業(yè)、商務(wù)服務(wù)業(yè)、住宿業(yè)及衛(wèi)生業(yè)等行業(yè)。

圖1 不同容量鍋爐數(shù)量占比情況

圖2 不同容量鍋爐容量占比情況

2 中小燃油燃?xì)忮仩t排放標(biāo)準(zhǔn)的新要求

近期，隨著國家和上海市對(duì)大氣污染防工作的不斷深化，對(duì)鍋爐排放中氮氧化物濃度提出了新的要求。據(jù)此，北京、天津、山東等省市均已修訂出臺(tái)了更嚴(yán)格的鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，北京提出了在用鍋爐NOx達(dá)到80 mg/m3以下，新建鍋爐NOx達(dá)到30 mg/m3以下，見表1。上海市環(huán)保局也牽頭開展了鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)的修訂，并于2018年6月發(fā)布，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于單臺(tái)出力在65t/h以下的中小型鍋爐明確提出了更加嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，即燃?xì)忮仩t應(yīng)達(dá)到50 mg/m3以下，燃油鍋爐按照外環(huán)線內(nèi)外分別應(yīng)達(dá)到50 mg/m3和80 mg/m3以下，新標(biāo)準(zhǔn)將于2020年10月起生效。據(jù)此，全市現(xiàn)役5 000余臺(tái)中小燃油燃?xì)忮仩t亟待開展提標(biāo)改造工作。

3 中小鍋爐低氮改造技術(shù)和路徑

3.1 技術(shù)路徑

對(duì)燃油鍋爐，通過更換燃油鍋爐燃燒器，在技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)氮氧化物排放濃度下降至80 mg/m3左右，但無法達(dá)到50 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)；通過將燃油鍋爐改為電鍋爐或燃?xì)忮仩t可達(dá)到50 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)燃?xì)忮仩t，可通過更換低氮燃燒器或整體更換低氮鍋爐，以達(dá)到50 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，通過后端處置，如加裝鍋爐煙氣的脫硝裝置等也可降低鍋爐排放濃度至50mg/m3以下，見表2。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

目前，鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)主要包括分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、表面燃燒、水冷預(yù)混和后端處置，見表3。經(jīng)比較，上述改造技術(shù)均可將氮氧化物排放濃度控制在50mg/m3以下，貧燃預(yù)混、水冷預(yù)混等方式雖然對(duì)氮氧化物有較好的控制，但在安全性上存在一定隱患；貧燃預(yù)混技術(shù)的維護(hù)費(fèi)用較高，需要對(duì)金屬纖維、濾網(wǎng)等進(jìn)行更換和人工維護(hù)；水冷預(yù)混技術(shù)僅適用于6t/h以下的小容量鍋爐；末端治理技術(shù)的后期運(yùn)維費(fèi)用較高。

4 中小鍋爐低氮改造存在的問題

上海市中小鍋爐低氮排放改造工作目前存在的問題有以下幾點(diǎn)：

（1）與燃煤鍋爐清潔能源替代改造工作時(shí)間間隔較短，企業(yè)前期已投入資金用于鍋爐改造。

近年來已實(shí)施兩輪燃煤鍋爐清潔能源替代工作，目前在役鍋爐中由燃煤鍋爐清潔能源替代改造為燃油、燃?xì)忮仩t的合計(jì)有1 600余臺(tái)，其中燃?xì)忮仩t約占現(xiàn)有燃?xì)忮仩t21．57%，燃油鍋爐約占現(xiàn)有燃油鍋爐43．72%，目前均無法滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行提標(biāo)改造。上述企業(yè)前期已投入一定資金完成上一輪燃煤（重油）鍋爐的清潔能源替代，現(xiàn)實(shí)施達(dá)標(biāo)排放改造，需再次投資。

表1 我國各地現(xiàn)行的鍋爐NOx排放標(biāo)準(zhǔn)（單位：mg/m3）

表2 上海市中小鍋爐低氮排放改造路徑

表3 鍋爐低氮燃燒/排放技術(shù)原理和特點(diǎn)

（2）燃油鍋爐改燃料品種的一次性改造投入大，尤其是天然氣管網(wǎng)敷設(shè)、電力增容等外部配套費(fèi)用高，且部分地區(qū)不具備天然氣管網(wǎng)保障條件。

根據(jù)新的《鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)》，外環(huán)內(nèi)的燃油鍋爐NOx排放限值為50mg/Nm3，通過鍋爐自身改造無法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，須改為電鍋爐或氣鍋爐，或進(jìn)行末端尾氣處理。如1t/h鍋爐本體改造投入約需20萬～30萬元，4t/h鍋爐本體改造投入約需50萬元，燃?xì)夂碗娏?yīng)的配套整體改造費(fèi)用也較大。

（3）通過外省市鍋爐改造工作的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)工作中存在以下問題：一是負(fù)荷對(duì)鍋爐排放濃度影響較大，北京市推進(jìn)初期未規(guī)定鍋爐全工況下達(dá)標(biāo)排放，僅要求75%及以上負(fù)荷進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)測，導(dǎo)致中、小負(fù)荷工況下排放不理想。二是部分技術(shù)還存在一些安全風(fēng)險(xiǎn)，如預(yù)混表面燃燒器是降低鍋爐氮氧化物排放的一種有效方式，對(duì)于大容量鍋爐，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中可能產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象。

5 上海市中小鍋爐低氮改造推進(jìn)工作的相關(guān)建議

1）引逼結(jié)合。以提高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格執(zhí)法為主要手段，加以政策引導(dǎo)和資金支持，推進(jìn)全市在用中小鍋爐加快實(shí)施提標(biāo)改造，盡早實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2）基于此項(xiàng)工作的緊迫性和復(fù)雜性，建議采用以下保障措施：（1）根據(jù)區(qū)域內(nèi)鍋爐分布，細(xì)化管網(wǎng)規(guī)劃，并結(jié)合本區(qū)掘路計(jì)劃，加快天然氣管網(wǎng)的施工。（2）參考全市燃煤（重油）鍋爐清潔能源替代的相關(guān)保障措施，對(duì)燃?xì)饨玉g、電力增容等費(fèi)用予以支持。（3）強(qiáng)化市、區(qū)相關(guān)部門協(xié)調(diào)配合，建立高效工作機(jī)制，全力配合推進(jìn)。

3）為確保中小鍋爐低氮改造的有序推進(jìn)，需進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備廠家技術(shù)能力、工程推進(jìn)、驗(yàn)收檢測、資金使用等多個(gè)方面的監(jiān)管，如加強(qiáng)對(duì)設(shè)備廠家、社會(huì)化檢測機(jī)構(gòu)的監(jiān)管，建議對(duì)設(shè)備廠家設(shè)定準(zhǔn)入門檻，對(duì)改造效果進(jìn)行評(píng)估、建立黑名單體系等；加強(qiáng)社會(huì)化檢測機(jī)構(gòu)比對(duì)監(jiān)測、市級(jí)抽測，提升社會(huì)化檢測機(jī)構(gòu)能力水平和負(fù)責(zé)程度。