摘要：近期，为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国标准化法》、《中华人民共和国大气污染防治法》等法律法规，加强对锅炉大气污染物的排放控制，改善环境质量，保障人体健康，促进行业技术进步和可持续发展，全国各地区均出台了新的锅炉大气污染物排放标准，其中对排放控制要求、监测以及标准的实施与监督均提高了标准。需要对现有的锅炉进行改造或更换。如何在此过程中能兼顾节能、环保、经济、安全等各方面要素，变得非常重要。本文针对燃油锅炉，列举2种常用方案，从环保、经济、稳定、节能角度出发重点分析了改造方案。
关键词：燃油锅炉、燃油锅炉、烟气排放、经济、环保、稳定、节能
近期，根据新制定的锅炉大气污染物排放标准，全国都在开展对现有锅炉的低氮改造。针对燃油锅炉，最常用的改造方案基本是二种：一是尾气采用SCR（选择性催化还原）技术，即NOX脱硝工艺；二是将燃油锅炉更换成更加环保的燃气锅炉（若容积<30L可采用蒸汽发生器）。为能更好的阐述，我们以具体案例。从经济、环境、安全、稳定等角度来综合分析。
改造依据
《锅炉大气污染物排放标准》（DB31/387-2018）
本标准实施之日起至2020年9月30日，在用锅炉执行表1规定的排放限值。自2020年10月1日起，在用锅炉（生物质燃料锅炉除外）执行表2规定的排放限值。自2020年10月1日起，在用生物质燃料锅炉执行表1规定的排放限值。
本标准实施之日起，新建锅炉（生物质燃料锅炉除外）执行表3规定的排饭限值。自本标准实施之日起，新建生物质燃料锅炉执行表1规定的排放限值。
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1 案例的基本情况：
1.1 技术参数：
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1.3燃油锅炉废气排放情况
废气来源为燃油蒸汽锅炉的气源，初步估算废气排放量（见表1）。经现场沟通，额定工况下废气排放量最大，单台为2000 Nm3/h，以2000Nm3/h为例，作为废气量处理的设计依据（燃烧介质必须为符合国家标准的0#柴油）。
表1 实测废气排放情况
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1.4废气组成
以燃油蒸汽锅炉在燃烧过程中会产生NOx等污染物。锅炉厂家提供的100%工况下的NOx排放浓度为150mg/Nm3（@3.5%O2）。
2 方案一：采用SCR技术
SCR技术就是选择性催化还原技术，是目前最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝方法，是利用还原剂（NH3，尿素）在金属催化剂作用下，选择性与NOX反应生成氮气和水，而不是被氧气氧化。
本案中NOx的脱除效率大于80%（最终排放浓度小于40mg/m3）@170℃，且为避免污染转移，降低操作难度，拟采用低温SCR处理技术，以保证NOx降低到所要求的排放水平。
常规SCR使用的还原剂包括液氨、尿素及氨水。其中，液氨在SCR脱硝中应用较为普遍，但是液氨具有爆炸性和较大的毒性，不便于运输和存放；尿素热解温度需要达到500℃以上，现场情况无法满足；氨水是一种稳定的物料，对人体和环境均无害，便于运输与储存。因此，本方案选用浓度低于10%的氨水作为SCR还原剂（一般化学品）。
2.1 SCR催化剂的选择
SCR是目前国内外普遍采用的NOx脱除工艺，具有温度窗口宽、NOx脱除效率高等特点。其基本原理是通过NH3与NOx在催化剂表面的吸附——传递电子——脱附以达到无害化排放的目的，反应机理示意（见图1），总反应见公式（1）。
公式（1）
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图1 NH3在V2O5表面催化还原NO的示意图
SCR反应单元的核心组件是催化剂，按照应用领域SCR催化剂可大致分为两类：燃机脱硝类和车用脱硝类。燃机脱硝使用的催化剂以钒钛催化剂为主，即以TiO2为催化剂载体，V2O5为催化剂，WO3、MoO3为催化剂助剂。
2.3工艺流程说明及布置方案
2.3.1 工艺流程说明
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图2 工艺流程图
在锅炉排烟出口处设置氨水喷枪，氨水溶液经氨水泵提压后喷入高温烟气管道，在氨水喷头处雾化并与高温烟气混合。雾化的氨水液滴在高温下热分解为NH3、H2O，如需降低混合管道的长度，需要增大管道截面尺寸以保证氨水液滴在管段内的停留时间。混合管道的下游还需设置静态混合器，以确保分解产生的NH3与烟气混合均匀。随后烟气进入催化反应器，在整流格栅和导流板的作用下，混合后的烟气以较为均匀的流速进入催化剂层，NH3、NOx分子在SCR催化剂表面吸附、传递电子生成N2后解析。一般情况下，SCR出口处NH3逃逸量可控制在3.8 mg/Nm3以下。
2.4初投资估算表
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2.5设备年运行费用
2.5.1 1T锅炉满负荷运行每小时约消耗60-65KG，或75-80L的柴油，按照每天满负荷运行2个小时计算，上海市柴油价格为6.31元/L，则天然气年运行费用=162.5L*1台*2小时/天*365天/年*6.31元/L=74.85元/年。
氨水为消耗品，在锅炉开启时均需使用，按照每小时消耗氨水
SCR设备中雾化器6个月进行一次管路清洗，每年进行一次频率调谐，年费用最少按照总投资的8%计算，每年设备维护费用=30万元*0.08=2.4万元/年
人工费用：由于锅炉房规定必须双人双岗制，故每个锅炉房至少为7名员工，以每名员工的人工费用（含社保等）8000元/月计算，年人工费用=8000元/月*7人*12月/年=67.2万元/年
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3 方案二：更换成3台各1T的蒸汽发生器
蒸汽发生器：蒸汽发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。容积必须<30L，容积≥30L则属于《特种设备安全监察条例》中锅炉的范畴，市场上的蒸汽发生器大多数容积<30L，所以不归技术监督部门监管，节省了安装、使用费用。由于上海均已覆盖天然气管道，燃气锅炉以它优质、环保、清洁的特点满足了人们对环境、安全、自动化的要求，故第二种方案是直接将燃油锅炉改造成蒸汽发生器。此外，考虑到目前为1台3T的蒸汽锅炉，如突发故障，医院的应急维修保障重，故直接更换成3台各1T的燃气锅炉，日常互为备用，高峰期可同时使用。
本方案建议将现有燃油蒸汽锅炉整体更换为三台1吨燃气蒸汽发生器，主要基本以下原因：
（1）从锅炉的配置角度考虑：现有1台三吨锅炉，没有备用。更换成三台1吨燃气蒸汽发生器可以根据蒸汽需求启动，互为备用，延长锅炉使用寿命；
（2）从锅炉能效角度：现有锅炉能效基本上已经不能满足市场监督管理部门要求的84%的锅炉热效率，如果进行锅炉燃烧器改造，需要增加烟气外循环管道，势必会降低锅炉效率、增加风机工作功率，能效测试会不达标；如果增加烟气后处理装置，能效问题同样存在；
（3）从改造难度角度：如果采用采用烟气后处理的方案，要通过市场监督管理部门的能效测试，需要在锅炉尾部增加冷凝器，烟气管道和冷凝器的布置会很不顺畅，导致烟气阻力变大，现有锅炉的鼓风机的压头需要重新核算；
（4）从运行经济型的角度：锅炉技术在20年内已经得到了长足的发展，蒸汽锅炉热效率能够达到稳定93%以上，运行成本大大降低；
（5）从燃料种类角度：将燃料从0#柴油变为管道天然气，不仅增加锅炉操作的便利性，也降低了燃料使用使用成本，按照燃料的热值考虑，产生一吨蒸汽需要440元的0#柴油，需要300元的天然气，因此光是能源替代就可以节省30%左右的运行成本；
（6）蒸汽发生器不属于受监检的锅炉类型，无需年检，无需专门配备司炉工。
3.1初投资估算表（此处以改造成燃气锅炉为例，电锅炉投资同理）
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3.2年运行费用
除常规提供蒸汽需天然气外和锅炉运行管理费外无其他费用，燃料价格低于燃油的锅炉。
3.2.1每台锅炉满负荷运行每小时约消耗60-70M3的天然气，按照3台锅炉每天满负荷运行2个小时计算，上海市非居民天然气价格为3.2元/M3，则
天然气年运行费用=70M3*3台*2H*365天/年*3.2元/M3=49.056元/年。
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5 结论
通过对以上二种方案的对比，针对燃油锅炉，对于方案的选择，不能单纯的从某个方面考虑。需要从经济、环保、稳定、节能等角度长远综合考虑，如果该区域覆盖了天然气管道或者是电力资源丰富的话，虽然第二种方案的初投资远大于第一种方案，若现有的燃油锅炉已运行多年，或部分企业设备配置不合理，设计按最大热负荷配置，单机装机容量相对比较大，造成“大马拉小车”的现象，常年处于低负荷、低效率运行，造成能源的大大浪费，从经济效益和社会效益考虑，则建议整体更换成燃气锅炉或者电锅炉，从而满足人们对环境、安全、经济的更高要求。
论文作者:李玲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/7
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