“煤改气”项目中燃气品质和排污量控制

文_胡俊强 刘霞

1.中机国际工程设计研究院有限责任公司 2.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司

某北方市区的热电厂原采用煤炭作为主要燃料，大气污染物排放难以得到有效控制。

为了符合国家及地方相继出台的相关环保政策，同时为了向周边热用户提供稳定、可靠的热源，该电厂进行了“煤改气”改造，拆除原有燃煤锅炉，新建燃气锅炉，以天然气为主要燃料，并配套新建了燃气系统、烟气排放连续监测系统，同时为节约投资，对旧有烟囱进行论证和再利用。

本项目新建1×（125t/h+55t/h+35t/h）燃气锅炉以及配套辅助系统，其中35t/h燃气锅炉天然气消耗量约为3026Nm3/h；55t/h燃气锅炉天然气消耗量约为4735Nm3/h；125t/h燃气锅炉天然气消耗量约为10755Nm3/h。考虑到冬季供暖时3台燃气锅炉需同时对外供热，天然气系统容量设计时，3台燃气锅炉的使用系数同取为1，即满负荷工况下，全厂天然气消耗量约为18516Nm3/h。

2 燃气调压站

本项目的燃气系统的主体部分为天然气调压站。天然气调压站装置采用“橇装”方式供货。主要包括相关阀门、过滤器、涡轮流量计、超压切断阀及调压器等设备及系统配套的温度、压力检测、泄漏检测仪表等各类仪表。

过滤器、涡轮流量计、超压切断阀、调压器、进出口阀门、安全放散阀、排污阀等工艺设备及测温、测压仪表、可燃气体浓度检测报警器、差压仪表、防爆接线箱、柜体内部的照明、防爆开关等，电气、仪表设备组装在钢制橇底座上整体提供。系统范围可由若干功能橇块以及橇块之间的连接钢管、放空管、排污管等组成。

成橇装置设置在柜体中，柜体在室外露天场所安装。设计规模：设计流量：20000Nm3/h；调压前压力：0.2～0.3MPa.g；调压后压力：0.2MPa.g；设计压力：0.4MPa.g，设计温度：-19～60℃。

调 压 撬 设4路 调 压 管 路，2路5000Nm3/h和2路12000Nm3/h的调压管路，可满足不同用气工况的要求。管路由过滤器、涡轮流量计、超压切断阀、调压器、进出口阀门、安全放散阀、排污阀等工艺设备及测温、测压仪表、可燃气体浓度检测报警器、差压仪表、防爆接线箱、柜体内部的照明、防爆开关等组。电气、仪表设备组装在钢制橇底座上整体供货。

调压柜的集中放散管高出地面4m，并高出柜体1m以上。调压柜的设备及柜体应安装足够的消音装置和吸声材料，保证调压柜实际工作时，周边1m界限的噪声不大于50dB（白天）、45dB（夜间），满足当地的环保要求。

3 燃气品质及相关措施

对于天然气锅炉，天然气作为燃料使用，其品质应符合GB17820-2012《天然气》标准的相关要求，主要指标如下：

①在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应不存在液态烃。

②天然气中固体颗粒含量应不影响天然气的输送和利用。

③作为城镇燃气的天然气应具有可以察觉的臭味。使用加臭剂后，当天然气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时应能察觉。城镇燃气加臭剂应符合GB50028-2006的规定。

其中总硫含量、硫化氢含硫、CO2含量、水露点等技术指标应满足一类气的相关要求，主要指标如表1。

表1 天然气技术指标

3台燃气锅炉所使用的天然气参数为：0.2±5%MPa.g，温度为常温。

厂界围墙外1m处管道天然气供气参数为：0.2～0.4MPa.g，且保证供气压力任何时段均不低于0.2MPa.g，温度为常温。

项目投运后，实际运行过程中发现天然气杂质多，并引发燃气锅炉前天然气进气阀组的滤网堵塞，可能原因分析如下：①燃气公司提供的燃气品质（用户接口处）不符合国标规定；②天然气调压站天然气处理系统系统设置不合理，过滤装置过滤效果不佳；③施工过程中未对天然气管道进行清管。

设计提供的解决方案如下：

方法1：燃气公司提升燃气品质，达到国家标准和设计要求。

方法2：改进天然气调压站系统，对过滤装置进行改进。

方法3：在主厂房附近天然气管道上增设双联过滤器和旁路。

方法1由于增加燃气公司投资成本，多次协商难以实施；方法2改造工作量小，效果明显；方法3新增了设备和主厂房内改造，但需要在改造期间停机停炉。

在天然气调压站系统中配置有4路天然气过滤和调压线路，相应有4套过滤器，实际位于燃气锅炉侧天然气进气阀组的滤网，主要过滤天然气调压站至主厂房间约100m天然气管道中的杂质。由于未清管的原因，项目投运初期管道中杂质最大，随着投运时间加长，滤网堵塞现象会缓解。该项目最终采用了方法2，在不影响生产的情况下分支线优化天然气调压站系统的过滤装置，对过滤装置进行了检查和更换，起到了良好效果。

4 烟囱改造论证

本项目原三期工程既有1座90m高烟囱，新建3台燃气锅炉时，有以下方案：

①拆除既有烟囱，新建钢烟囱，新建烟囱高度满足规范要求，高度约40m；②利用既有烟囱，烟囱高度90m，烟囱内径3.0m。

由于该热电厂位于市中心，方案①能优化市容环境，但造成投资浪费，且拆除难度较大，拆除时间较长，将压缩施工周期。方案②则要承受一定的环保压力。

通过烟囱烟气动力计算、烟囱改造论证，最终推荐采用方案②，烟囱烟道中烟气平均流速为13.58m/s，流速符合规范推荐值，烟囱总阻力约为21.48Pa，阻力较小，可利旧。

烟囱高度为90m，利于充分利用大气自身扩散稀释能力，减小污染物的落地浓度，改善局部环境，从环保实质角度而言是有利的。

5 污染物排放

按照国标《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》要求，新建燃气锅炉（补燃锅炉以燃气锅炉参照）氮氧化物排放一般地区限值为200mg/m3，重点地区限值为150mg/m3。目前执行项目一般参照国内最严格的环保要求执行，北京市作为首都，具有引领作用，北京市新建燃气锅炉（补燃锅炉以燃气锅炉参照）氮氧化物排放限值为30mg/m3。

本项目所使用的天然气不含硫，故燃烧产物中无SO2排放。燃气锅炉采用低氮燃烧器，运用低氮燃烧技术，可将NOX排放浓度控制在30mg/Nm3以下，完全满足国内目前最严格的地方污染物排放标准。

燃烧器的设计采取降低NOx排放的措施，使NOX的排放达到满足国家规范《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）以及《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）特别排放限值要求。燃气锅炉NOX的排放浓度小于30mg/m3。

该项目采购燃气锅炉的考核条件中要求，锅炉NOX原始排放要求不高于30mg/Nm3@O2=3.5%（以环评为准，干基）。

实际运行过程中，存在再循环风不投运的工况，对于燃烧器NOx排放值也建议在设备招标阶段予以规定：再循环风不投入使用时，锅炉NOx原始排放要求不高于150mg/Nm3或200mg/Nm3@O2=3.5%（以环评为准，干基）。

6 结语

“煤改气”项目中对于燃料品质的控制非常重要，调压站的设置要满足主要设备的用气要求，同时功能齐全、放散安全、噪声合规，采用“橇装”方式可以节省用地，且安装方便。

严格控制前端供应天然气的品质，使其物理状态、固体颗粒含量、加臭剂含量、各项技术指标符合相关标准要求。对于天然气调压站的过滤装置，进行合理设置，经常检修和更换，对于天然气管道，安装前应对管道进行清管。

本项目中通过论证烟气流速、烟囱阻力等重要参数，提出了利用既有烟囱的方案，节省了项目施工周期和投资费用。

项目实施过程中，按照国内最严格的锅炉大气污染物排放浓度限值控制其排放指标，并安装烟气排放连续监测系统，确保燃气锅炉大气污染物排放符合环保要求。