“煤改氣”項目中燃?xì)馄焚|(zhì)和排污量控制

文_胡俊強(qiáng) 劉霞

1.中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 2.中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計院有限公司

某北方市區(qū)的熱電廠原采用煤炭作為主要燃料，大氣污染物排放難以得到有效控制。

為了符合國家及地方相繼出臺的相關(guān)環(huán)保政策，同時為了向周邊熱用戶提供穩(wěn)定、可靠的熱源，該電廠進(jìn)行了“煤改氣”改造，拆除原有燃煤鍋爐，新建燃?xì)忮仩t，以天然氣為主要燃料，并配套新建了燃?xì)庀到y(tǒng)、煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，同時為節(jié)約投資，對舊有煙囪進(jìn)行論證和再利用。

本項目新建1×（125t/h+55t/h+35t/h）燃?xì)忮仩t以及配套輔助系統(tǒng)，其中35t/h燃?xì)忮仩t天然氣消耗量約為3026Nm3/h；55t/h燃?xì)忮仩t天然氣消耗量約為4735Nm3/h；125t/h燃?xì)忮仩t天然氣消耗量約為10755Nm3/h?？紤]到冬季供暖時3臺燃?xì)忮仩t需同時對外供熱，天然氣系統(tǒng)容量設(shè)計時，3臺燃?xì)忮仩t的使用系數(shù)同取為1，即滿負(fù)荷工況下，全廠天然氣消耗量約為18516Nm3/h。

2 燃?xì)庹{(diào)壓站

本項目的燃?xì)庀到y(tǒng)的主體部分為天然氣調(diào)壓站。天然氣調(diào)壓站裝置采用“橇裝”方式供貨。主要包括相關(guān)閥門、過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥及調(diào)壓器等設(shè)備及系統(tǒng)配套的溫度、壓力檢測、泄漏檢測儀表等各類儀表。

過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥、調(diào)壓器、進(jìn)出口閥門、安全放散閥、排污閥等工藝設(shè)備及測溫、測壓儀表、可燃?xì)怏w濃度檢測報警器、差壓儀表、防爆接線箱、柜體內(nèi)部的照明、防爆開關(guān)等，電氣、儀表設(shè)備組裝在鋼制橇底座上整體提供。系統(tǒng)范圍可由若干功能橇塊以及橇塊之間的連接鋼管、放空管、排污管等組成。

成橇裝置設(shè)置在柜體中，柜體在室外露天場所安裝。設(shè)計規(guī)模：設(shè)計流量：20000Nm3/h；調(diào)壓前壓力：0.2～0.3MPa.g；調(diào)壓后壓力：0.2MPa.g；設(shè)計壓力：0.4MPa.g，設(shè)計溫度：-19～60℃。

調(diào) 壓 撬 設(shè)4路 調(diào) 壓 管 路，2路5000Nm3/h和2路12000Nm3/h的調(diào)壓管路，可滿足不同用氣工況的要求。管路由過濾器、渦輪流量計、超壓切斷閥、調(diào)壓器、進(jìn)出口閥門、安全放散閥、排污閥等工藝設(shè)備及測溫、測壓儀表、可燃?xì)怏w濃度檢測報警器、差壓儀表、防爆接線箱、柜體內(nèi)部的照明、防爆開關(guān)等組。電氣、儀表設(shè)備組裝在鋼制橇底座上整體供貨。

調(diào)壓柜的集中放散管高出地面4m，并高出柜體1m以上。調(diào)壓柜的設(shè)備及柜體應(yīng)安裝足夠的消音裝置和吸聲材料，保證調(diào)壓柜實際工作時，周邊1m界限的噪聲不大于50dB（白天）、45dB（夜間），滿足當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求。

3 燃?xì)馄焚|(zhì)及相關(guān)措施

對于天然氣鍋爐，天然氣作為燃料使用，其品質(zhì)應(yīng)符合GB17820-2012《天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，主要指標(biāo)如下：

①在天然氣交接點的壓力和溫度條件下，天然氣中應(yīng)不存在液態(tài)烴。

②天然氣中固體顆粒含量應(yīng)不影響天然氣的輸送和利用。

③作為城鎮(zhèn)燃?xì)獾奶烊粴鈶?yīng)具有可以察覺的臭味。使用加臭劑后，當(dāng)天然氣泄漏到空氣中，達(dá)到爆炸下限的20%時應(yīng)能察覺。城鎮(zhèn)燃?xì)饧映魟?yīng)符合GB50028-2006的規(guī)定。

其中總硫含量、硫化氫含硫、CO2含量、水露點等技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足一類氣的相關(guān)要求，主要指標(biāo)如表1。

表1 天然氣技術(shù)指標(biāo)

3臺燃?xì)忮仩t所使用的天然氣參數(shù)為：0.2±5%MPa.g，溫度為常溫。

廠界圍墻外1m處管道天然氣供氣參數(shù)為：0.2～0.4MPa.g，且保證供氣壓力任何時段均不低于0.2MPa.g，溫度為常溫。

項目投運(yùn)后，實際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)天然氣雜質(zhì)多，并引發(fā)燃?xì)忮仩t前天然氣進(jìn)氣閥組的濾網(wǎng)堵塞，可能原因分析如下：①燃?xì)夤咎峁┑娜細(xì)馄焚|(zhì)（用戶接口處）不符合國標(biāo)規(guī)定；②天然氣調(diào)壓站天然氣處理系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置不合理，過濾裝置過濾效果不佳；③施工過程中未對天然氣管道進(jìn)行清管。

設(shè)計提供的解決方案如下：

方法1：燃?xì)夤咎嵘細(xì)馄焚|(zhì)，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

方法2：改進(jìn)天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)，對過濾裝置進(jìn)行改進(jìn)。

方法3：在主廠房附近天然氣管道上增設(shè)雙聯(lián)過濾器和旁路。

方法1由于增加燃?xì)夤就顿Y成本，多次協(xié)商難以實施；方法2改造工作量小，效果明顯；方法3新增了設(shè)備和主廠房內(nèi)改造，但需要在改造期間停機(jī)停爐。

在天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)中配置有4路天然氣過濾和調(diào)壓線路，相應(yīng)有4套過濾器，實際位于燃?xì)忮仩t側(cè)天然氣進(jìn)氣閥組的濾網(wǎng)，主要過濾天然氣調(diào)壓站至主廠房間約100m天然氣管道中的雜質(zhì)。由于未清管的原因，項目投運(yùn)初期管道中雜質(zhì)最大，隨著投運(yùn)時間加長，濾網(wǎng)堵塞現(xiàn)象會緩解。該項目最終采用了方法2，在不影響生產(chǎn)的情況下分支線優(yōu)化天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)的過濾裝置，對過濾裝置進(jìn)行了檢查和更換，起到了良好效果。

4 煙囪改造論證

本項目原三期工程既有1座90m高煙囪，新建3臺燃?xì)忮仩t時，有以下方案：

①拆除既有煙囪，新建鋼煙囪，新建煙囪高度滿足規(guī)范要求，高度約40m；②利用既有煙囪，煙囪高度90m，煙囪內(nèi)徑3.0m。

由于該熱電廠位于市中心，方案①能優(yōu)化市容環(huán)境，但造成投資浪費(fèi)，且拆除難度較大，拆除時間較長，將壓縮施工周期。方案②則要承受一定的環(huán)保壓力。

通過煙囪煙氣動力計算、煙囪改造論證，最終推薦采用方案②，煙囪煙道中煙氣平均流速為13.58m/s，流速符合規(guī)范推薦值，煙囪總阻力約為21.48Pa，阻力較小，可利舊。

煙囪高度為90m，利于充分利用大氣自身擴(kuò)散稀釋能力，減小污染物的落地濃度，改善局部環(huán)境，從環(huán)保實質(zhì)角度而言是有利的。

5 污染物排放

按照國標(biāo)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2003）》要求，新建燃?xì)忮仩t（補(bǔ)燃鍋爐以燃?xì)忮仩t參照）氮氧化物排放一般地區(qū)限值為200mg/m3，重點地區(qū)限值為150mg/m3。目前執(zhí)行項目一般參照國內(nèi)最嚴(yán)格的環(huán)保要求執(zhí)行，北京市作為首都，具有引領(lǐng)作用，北京市新建燃?xì)忮仩t（補(bǔ)燃鍋爐以燃?xì)忮仩t參照）氮氧化物排放限值為30mg/m3。

本項目所使用的天然氣不含硫，故燃燒產(chǎn)物中無SO2排放。燃?xì)忮仩t采用低氮燃燒器，運(yùn)用低氮燃燒技術(shù)，可將NOX排放濃度控制在30mg/Nm3以下，完全滿足國內(nèi)目前最嚴(yán)格的地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

燃燒器的設(shè)計采取降低NOx排放的措施，使NOX的排放達(dá)到滿足國家規(guī)范《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）以及《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271-2014）特別排放限值要求。燃?xì)忮仩tNOX的排放濃度小于30mg/m3。

該項目采購燃?xì)忮仩t的考核條件中要求，鍋爐NOX原始排放要求不高于30mg/Nm3@O2=3.5%（以環(huán)評為準(zhǔn)，干基）。

實際運(yùn)行過程中，存在再循環(huán)風(fēng)不投運(yùn)的工況，對于燃燒器NOx排放值也建議在設(shè)備招標(biāo)階段予以規(guī)定：再循環(huán)風(fēng)不投入使用時，鍋爐NOx原始排放要求不高于150mg/Nm3或200mg/Nm3@O2=3.5%（以環(huán)評為準(zhǔn)，干基）。

6 結(jié)語

“煤改氣”項目中對于燃料品質(zhì)的控制非常重要，調(diào)壓站的設(shè)置要滿足主要設(shè)備的用氣要求，同時功能齊全、放散安全、噪聲合規(guī)，采用“橇裝”方式可以節(jié)省用地，且安裝方便。

嚴(yán)格控制前端供應(yīng)天然氣的品質(zhì)，使其物理狀態(tài)、固體顆粒含量、加臭劑含量、各項技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。對于天然氣調(diào)壓站的過濾裝置，進(jìn)行合理設(shè)置，經(jīng)常檢修和更換，對于天然氣管道，安裝前應(yīng)對管道進(jìn)行清管。

本項目中通過論證煙氣流速、煙囪阻力等重要參數(shù)，提出了利用既有煙囪的方案，節(jié)省了項目施工周期和投資費(fèi)用。

項目實施過程中，按照國內(nèi)最嚴(yán)格的鍋爐大氣污染物排放濃度限值控制其排放指標(biāo)，并安裝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，確保燃?xì)忮仩t大氣污染物排放符合環(huán)保要求。