浦東機場鍋爐低氮改造選型與實施

文_張凱越 上海國際機場股份有限公司

隨著國家和上海市對大氣污染防治工作的不斷推進，對鍋爐排放中的氮氧化物、SO2、PM2.5等污染物提出了新的要求，根據(jù)上海市環(huán)保局修訂的《上海市鍋爐大氣污染物排放標準》的規(guī)定，自2020年9月30日起在用的鍋爐煙氣中氮氧化物濃度必須低于50mg/m3。

現(xiàn)浦東機場1#能源中心與2#能源中心的鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中氮氧化物排放濃度較高，不符合相關(guān)規(guī)定，須進行燃燒器的低氮改造。而目前存在多種低氮燃燒技術(shù)，其適用范圍、投資規(guī)模、穩(wěn)定性各不相同。為保證以合理的投資達到充分的改造效果，根據(jù)各低氮燃燒技術(shù)的特點，結(jié)合浦東機場的現(xiàn)場情況進行了技術(shù)選型，并制定了低氮改造的技術(shù)方案。根據(jù)擬定的方案，對該項目進行了招標與實施，成功完成了低氮改造，改造后浦東機場能源中心鍋爐的氮氧化物排放量每年降低約5091kg。

1 浦東機場現(xiàn)有設(shè)備簡介

本次需要進行低氮改造的鍋爐位于浦東機場的1#能源中心與2#能源中心。1#能源中心現(xiàn)有1臺20t/h、3臺30 t/h的燃油/氣兩用臥式雙爐膛三回程濕背式火管蒸汽鍋爐，每臺鍋爐使用2臺燃燒器，已使用年限為20a；2#能源中心現(xiàn)有3臺20t/h的燃油/氣兩用臥式雙爐膛三回程濕背式火管蒸汽鍋爐，每臺鍋爐使用2臺燃燒器，已使用年限為10a。

2 低氮燃燒技術(shù)評估

氮氧化物大多在各種燃料的燃燒過程中產(chǎn)生的，其中NO約占氮氧化物總量的 90%～95%，在大氣中會迅速氧化成NO2?！盁崃π偷趸铩睘槿細忮仩t的主要控制對象，要減少“熱力型氮氧化物”的生成，可采取以下措施：①減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍。②降低鍋爐燃燒的峰值溫度。③降低燃燒的過量空氣系數(shù)和局部氧濃度。

結(jié)合各低氮燃燒技術(shù)的特點以及浦東機場的現(xiàn)場情況，對各技術(shù)的適用性進行了評價。

2.1 燃燒器低氮燃燒技術(shù)

燃燒器低氮燃燒技術(shù)包括火焰長度方向分級、火焰直徑方向分級、燃燒器內(nèi)部半預混技術(shù)、煙氣內(nèi)循環(huán)降氮技術(shù)等。綜合看來燃燒器低氮燃燒技術(shù)泛用性高、兼容性強，同時使用成本較為合理，適用于浦東機場現(xiàn)有鍋爐的低氮改造。

2.2 煙氣外循環(huán)降氮技術(shù)（FGR 技術(shù)）

煙氣外循環(huán)技術(shù)是目前市場上主流的低氮燃燒手段，該方法成本較低且容易實現(xiàn)，對鍋爐外形不需要進行大幅改造，對已經(jīng)完成布局的在用鍋爐改造較為適用。煙氣外循環(huán)技術(shù)同時也宜與燃燒器低氮燃燒技術(shù)配合使用，結(jié)合其本身特點，適用與浦東機場現(xiàn)有鍋爐的低氮改造。

2.3 表面燃燒技術(shù)

表面燃燒技術(shù)的氣體燃料與助燃氣體預混，難以控制混合率，為防止回火和降低調(diào)整混合率難度，燃燒器需附加其他技措設(shè)計，從而對燃燒器使用壽命有所影響。由于機場屬于服務(wù)型行業(yè)，鍋爐用途主要為航站樓供暖使用，主要注重于技術(shù)的成熟性，安全性及穩(wěn)定性，因此判斷該方式不適用與浦東機場現(xiàn)有鍋爐的低氮改造。

2.4 水冷預混技術(shù)

水冷預混技術(shù)布風均勻性隨規(guī)模增加變差，適用于6t/h以下鍋爐，水冷循環(huán)系統(tǒng)與鍋爐本體綁定，無法單獨使用，僅適用于新建鍋爐，不適用于浦東機場現(xiàn)有鍋爐的低氮改造。

3 改造目標與技術(shù)選型

雖然《上海市鍋爐大氣污染物排放標準》的氮氧化物排放要求為50mg/m3，但是考慮到后續(xù)法規(guī)對氮氧化物排放的進一步強化，此次改造的氮氧化物排放目標選定為30mg/m3。

由于本項目為改造項目，需要考慮到系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性及項目實施的經(jīng)濟性。對于燃氣鍋爐的低氮改造,目前低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)降氮技術(shù)（FGR技術(shù)）的方案運用最為廣泛，且改造工程量小，后期運行維護費用低。因此，本設(shè)計選擇低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)降氮技術(shù)（FGR技術(shù)）方案。

4 低氮改造項目實施

4.1 低氮燃燒器技術(shù)構(gòu)造

根據(jù)鍋爐系統(tǒng)現(xiàn)場實際情況，通過爐膛尺寸、FGR風道走向、運行符合等參數(shù)的匹配，對此次低氮改造采用的燃燒器進行了定制。最終選用的燃燒器為T型分體式結(jié)構(gòu)，采用了低過量空氣燃燒技術(shù)、火焰分割技術(shù)、空氣燃料分級分段燃燒技術(shù)、煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)、煙氣外循環(huán)系統(tǒng)等多種低氮燃燒技術(shù)，最終滿足了30mg/m3的氮氧化物排放要求。

4.2 改造實施

4.2.1 總體改造方案

根據(jù)現(xiàn)場的空間構(gòu)造，擬定了燃燒器的布局及鍋爐系統(tǒng)的總體改造方案，主要工程內(nèi)容為：①制作新的燃燒器接口，修正爐膛耐火混凝土接口尺寸、更換燃燒器。②增加FGR煙氣再循環(huán)設(shè)備（包括再循環(huán)煙道、煙道保溫、控制閥門、測量元件等相關(guān)設(shè)備）。③更換鼓風機、制作變頻器控制柜支架。④更換燃燒器改造需要更換的控制閥門和現(xiàn)場儀表等系統(tǒng)組件、并對燃氣管道位置修正。⑤配套新燃燒器對控制系統(tǒng)進行改造。

4.2.2 現(xiàn)場安裝

（1）燃燒器配套鍋爐爐口尺寸改造

由于燃燒器需要更換，新舊燃燒器火焰筒存在差異，需將前墻進行擴孔，并按新燃燒器安裝法蘭做安裝板，做好后將前墻做好耐火磚或用耐火澆注料進行制作。

（2）燃氣閥組對接改造

根據(jù)新燃燒器控制需要將現(xiàn)場的燃氣閥組也全部更換為新閥，同時造成了燃氣入口位置變化，因而對現(xiàn)場燃氣管道進行了重新排布。

（3）新增FGR煙氣外循環(huán)系統(tǒng)

FGR循環(huán)煙氣系統(tǒng)采用從鍋爐尾部取循環(huán)煙氣，本項目中選擇鍋爐節(jié)能器后作為煙氣抽取點，此處煙氣溫度約為180℃，可有效避免冷凝水生成。

（4）風機安裝

本次改造以燃燒器為安裝基點，燃燒器安裝完成后，助燃風機與燃燒器對接并支撐風機底座，安裝混風箱、接風門和FGR調(diào)節(jié)風門，在風機入口安裝混風箱，并將風門和FGR調(diào)節(jié)風門分別安裝在混風箱上，并將FGR循環(huán)煙氣管道接入混風箱。

5 低氮改造效果驗證

本次低氮改造實施完成后，由第三方環(huán)保檢測單位對有所鍋爐進行了環(huán)保檢測（結(jié)果見表1），所有鍋爐的氮氧化物排放濃度均低于30mg/m3，改造前的氮氧化物排放濃度均值為115mg/m3。根據(jù)上述排放量，對能源中心改造前后的氮氧化物排放量進行如下計算：

表1 改造后煙氣環(huán)保檢測結(jié)果

污染物排放量=廢氣量×污染物濃度；

天然氣燃燒時的廢氣量=天然氣用量（m3）×天然氣完全燃燒產(chǎn)生的廢氣量（10.89m3/m3）；

本次改造對象的鍋爐每年天然氣用量約為550萬m3。

因此當氧化物排放量計算結(jié)果如下：

改造前排放量=5500000m3/a×10.89m3/m3×115mg/m3×10-6=6887.925kg/a；

改造后排放 量=5500000m3/a×10.89m3/m3×30mg/m3×10-6=1796.85kg/a。

根據(jù)結(jié)果可知，通過本次低氮改造，浦東機場能源中心每年可減少約5091kg的氮氧化物排放量。

6 結(jié)論與建議

根據(jù)浦東機場現(xiàn)有設(shè)備與場地的使用情況，以及各種低氮燃燒技術(shù)的特點，結(jié)合浦東機場的行業(yè)性質(zhì)以及蒸汽使用目的，決定選用低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)降氮技術(shù)（FGR 技術(shù)）方案進行技術(shù)改造。考慮到后續(xù)法規(guī)的進一步嚴格化，氮氧化物改造目標設(shè)定為30mg/m3。

該項目改造完成后，氮氧化物排放量控制在 30mg/m3，年氮氧化物排放量降低約5091kg，遠低于國家標準，符合上海市大氣污染防治工作方案的要求，減少由于供暖對城市環(huán)境造成的影響。

控制氮氧化物排放，將有效降低化學煙霧和酸雨的產(chǎn)生，減少因氮氧化物二次轉(zhuǎn)化形成的 PM2.5。改善環(huán)境空氣質(zhì)量，為建設(shè)綠色機場添磚加瓦。

改造完成后，根據(jù)《關(guān)于加快推進本市中小鍋爐提標改造工作的實施意見》要求，浦東機場編制了鍋爐低氮改造補貼申請資料，申請低氮改造市級，區(qū)級支持資金共計539萬元。