燃氣空調(diào)降氮改造項目可行性研究

潘順平 李隆田 周志勇

摘 要：為了落實國家節(jié)能環(huán)保相關(guān)政策，重慶中國三峽博物館積極推動燃氣空調(diào)降氮改造項目，做好碳達峰、碳中和工作，從根本上減少環(huán)境污染，保障人們的身體健康。為了更好地開展相關(guān)工作，本文深入研究了重慶中國三峽博物館燃氣空調(diào)降氮降碳排放措施。

關(guān)鍵詞：燃氣空調(diào);降氮改造;低氮燃燒;氮氧化物;氣改電

中圖分類號：X701 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）22-0146-03

Abstract： In order to implement the National Energy Conservation and environmental protection policies， Chongqing China Three Gorges Museum promoted the project to reduce nitrogen in gas air conditioning actively. Carbon Peak， carbon neutral work can fundamentally reduce environmental pollution， so as to protect people’s health， in order to better complete related work， the measures of reducing nitrogen and carbon emissions for Three Gorges Museum air conditioning are studied in depth.

Keywords： gas air conditioning;nitrogen reduction retrofit;low nitrogen combustion;nitrogen oxide;gas to electricity conversion

1 基本情況

重慶中國三峽博物館建筑面積為42 500 m2，空調(diào)面積為36 318 m2，建筑總高度為25.2 m，辦公區(qū)6層，展區(qū)4層。采用集中空調(diào)系統(tǒng)，制冷、采暖由2臺BZ150和1臺BZ75燃氣溴化鋰空調(diào)（2004年建館時安裝，已運行近17年）和1臺LG1336 kW磁懸?。▎卫洌┛照{(diào)（2019年空調(diào)改造新增）提供?？傊评淞考s為5 698 kW，總制熱量為3 363 kW，目前設(shè)備效率有所衰減，運行正常。但是，燃氣溴化鋰空調(diào)運行時，高溫燃燒產(chǎn)生的煙氣內(nèi)含氮氧化物，污染周邊大氣環(huán)境，檢測濃度約為80 mg/m3，遠遠大于國標(biāo)要求的氮氧化物排放濃度標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。系統(tǒng)配置（2019年空調(diào)改造后安裝的新設(shè)備）8臺冷卻塔、4臺冷卻水泵、4臺空調(diào)水泵以及1臺分集水器（舊設(shè)備）。

2 項目提出

近年來，國家對節(jié)能降耗、生態(tài)環(huán)境愈來愈重視。主管地區(qū)環(huán)保生態(tài)領(lǐng)導(dǎo)多次到重慶中國三峽博物館調(diào)研，特別對重慶中國三峽博物館廚房油煙排放的治理和燃氣空調(diào)降氮項目出謀劃策。博物館相關(guān)部門及人員也積極跟進配合，咨詢專家意見，多方收集技術(shù)改造方案。目前，比較成熟的方案有兩個：一是更新升級具有低氮排放技術(shù)的燃燒機;二是進行空調(diào)主機氣改電[3-5]。

3 可行性方案研究

3.1 更新升級具有低氮排放技術(shù)的燃燒機（簡稱方案1）更新升級具有低氮燃燒技術(shù)的燃燒機，要求運行穩(wěn)定、安全，確保改造后氮氧化物排放濃度穩(wěn)定在30 mg/m3以下，且空調(diào)帶負荷能力不出現(xiàn)明顯下降;煙道排氣口優(yōu)化改造，將原排氣口延伸優(yōu)化，增加合理的增壓自動排風(fēng)系統(tǒng)，與燃氣空調(diào)運行狀態(tài)連鎖控制啟停;安裝在線監(jiān)控，在集中排氣口安裝NOx在線監(jiān)控設(shè)備，對煙氣排放濃度實現(xiàn)實時監(jiān)控，并為監(jiān)測數(shù)據(jù)接入大數(shù)據(jù)管理平臺預(yù)留條件。此方案投資約70萬元。

3.2 燃氣空調(diào)主機氣改電

3.2.1 淘汰3臺燃氣空調(diào)，保留1臺LG1336 kW磁懸?。▎卫洌┛照{(diào)，增加2臺高效離心式熱泵機組（簡稱方案2）。

新增2臺高效離心式熱泵機組，與原3臺燃氣溴化鋰機組制冷制熱總量比較，完全能滿足需求，設(shè)備投資約需430萬元;冷卻塔熱源改造，隔離1臺原冷卻塔做熱源改造，約需投資38萬元;舊燃氣空調(diào)拆除，約需費用30萬元;機房管路水泵優(yōu)化改造，約需費用55萬元;此方案需電力增容1 000 kVA，根據(jù)重慶中國三峽博物館實際情況，增容約需費用350萬元。此方案改造投資合計約903萬元。

3.2.2 淘汰3臺燃氣空調(diào)，保留1臺LG1336 kW磁懸?。▎卫洌┛照{(diào)，增加1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和2臺風(fēng)冷熱泵機組（簡稱方案3）。

新增1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和2臺風(fēng)冷熱泵機組，與原3臺燃氣溴化鋰機組制冷制熱總量比較，制冷時完全能滿足需求，制熱量略小，但從實際使用情況來看，也能滿足制熱要求。設(shè)備投資總計約430萬元;舊燃氣空調(diào)拆除，費用約需30萬元;室內(nèi)室外管路改造，約需費用120萬元;此方案需電力增容1 200 kVA，根據(jù)重慶中國三峽博物館實際情況，增容約需費用350萬元。此方案改造投資合計約930萬元。

4 可行性方案比選

4.1 基礎(chǔ)性能比對

由表1可知，方案1投資最少，NOx排放能做到小于當(dāng)前國家和地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)，實施較易，但維護費用較高，除不能做到NOx零排放外，其他如CO、CO2、SOx等有害有毒氣體的排放也不能減少，性價比不高;方案2投資較高，能在能源應(yīng)用末端做到真正意義上的零排放，但熱源改造較難，熱源液體的使用及儲存收集較麻煩，實施難度較大，電力增容投資費用較高，但符合重慶中國三峽博物館中央空調(diào)實際使用狀況，控制、調(diào)度更易實現(xiàn)，能源利用率更高;方案3投資最高，能在能源應(yīng)用末端做到真正意義上的零排放，實施難度較大，電力增容投資費用較高，但符合重慶中國三峽博物館中央空調(diào)實際使用狀況，控制、調(diào)度更易實現(xiàn)，能源利用率更高。

4.2 燃氣空調(diào)與純電空調(diào)的比對

方案1只對燃氣空調(diào)燃燒機進行低氮改造，暫時能達到國家要求的氮排放標(biāo)準(zhǔn)，目前技術(shù)還做不到真正意義上的零排放，燃燒殘留的有毒有害氣體的排放難以避免;方案2和方案3用純電空調(diào)取代燃氣空調(diào)，可暫時視作真正意義上的零排放，運行控制更容易，安全性更高。目前，我國火力發(fā)電的占比越來越小。更清潔環(huán)保的發(fā)電方式（如風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電）是未來發(fā)展的方向，應(yīng)用純電空調(diào)更契合未來發(fā)展方向。

4.3 能耗評估比對

4.3.1 方案1能耗評估。在重慶中國三峽博物館現(xiàn)有狀況下的磁懸浮變頻離心式冷水機組（2019年空調(diào)改造新增）與燃氣空調(diào)耗能比對（暫忽略燃燒機改造后的效率下降）結(jié)果如下。

經(jīng)重慶中國三峽博物館近3年實際運行測算，一臺某品牌BZ75Ⅷ型直燃機（制冷872 kW，制熱673 kW）燃氣空調(diào)制冷時平均1 h耗天然氣約43 m3，天然氣價格為1.77元/m3，相應(yīng)的冷卻水泵（30 kW）、冷溫水泵（22 kW）的電價為0.52元/（kW·h），合計1 h能耗為1.77×43+（30+22）×0.52=103元，即每小時輸出輸出1 000 kW冷量需花費約（1 000÷872）×103=118.12元;而一臺某品牌MCWFIJD型（制冷量為1 336 kW，電功率為207.3 kW）磁懸浮與相應(yīng)的冷凍水泵（電功率45 kW）、冷卻水泵（電功率37 kW）1 h能耗為（207.3×70%+45+37）×0.52=118.1元，即每小時輸出1 000 kW冷量需花費約（1 000÷1 336）×118.1=88.40元。由此可看出，磁懸浮變頻離心式冷水機組制冷時比燃氣空調(diào)節(jié)能24.4%，并能多提供近2 h的冷量（燃氣空調(diào)啟動達設(shè)定溫度慢且需時間稀釋停機）。

4.3.2 方案2能耗評估（淘汰燃氣空調(diào)，增加兩臺高效離心式熱泵機組）。采用此方案時，夏季制冷多數(shù)時間可只開保留下來的一臺某品牌MCWFIJD型磁懸?。▎卫洌┛照{(diào)和一臺新增的高效離心式熱泵機組，冬季制熱時多數(shù)時間可只開一臺高效離心式熱泵機組。能耗估算如表2所示。需要說明的是，基于每天運行10 h，按照電價0.52元/（kW·h）和氣價1.77元/m3估算。由計算結(jié)果可知，方案1的能耗占比為100%，方案2的能耗占比為77.16%。由表2可看出，增加兩臺高效離心式熱泵機組比原燃氣空調(diào)能耗低。

4.3.3 方案3能耗評估（淘汰燃氣空調(diào)，保留一臺某品牌MCWFIJD型磁懸浮（單冷）空調(diào)，增加一臺磁懸浮變頻離心式冷水機組和兩臺風(fēng)冷熱泵機組）。采用此方案時，夏季制冷時多數(shù)時間可只運行保留的一臺某品牌MCWFIJD型磁懸浮（單冷）空調(diào)和新增加的一臺耗電量260 kW、制冷量1 758 kW的磁懸浮變頻離心式冷水機組，兩臺風(fēng)冷熱泵機組只在極端天氣或故障時運行，只作備用;冬季制熱時，可只運行兩臺新增的風(fēng)冷熱泵機組，一臺只對辦公區(qū)供暖（運行時間較長），一臺可對展廳或全館供暖（運行時間較短），能耗估算如表3所示。需要說明的是，基于每天運行10 h，按照電價0.52元/（kW·h）和氣價1.77元/m3估算。由計算結(jié)果可知，方案1的能耗占比為100%，方案3的能耗占比為60.27%。由表3可看出，磁懸浮+風(fēng)冷熱泵機組比增加兩臺高效離心式熱泵機組和原燃氣空調(diào)能耗都低。

5 結(jié)語

通過對3種不同的方案進行評估可知，方案3更切合重慶中國三峽博物館實際應(yīng)用和未來發(fā)展方向。選擇方案3，主要有3個原因：①用純電空調(diào)能暫時視作真正意義上的零排放，一勞永逸，因此可以排除方案1;②隨著磁懸浮等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，純電空調(diào)效率及能源利用率比燃氣空調(diào)的優(yōu)勢越來越明顯;③在初投資相差不大的情況下，方案3設(shè)備技術(shù)更成熟，使用維護更方便，能源利用率更高且能耗控制調(diào)度更合理，而方案2有明顯的缺陷。例如：制熱季時，越冷越需供熱時，冷卻塔熱源輸出越困難;制冷季時，熱源液體收集儲存較困難，且較麻煩。

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