北京地区医院锅炉房低氮节能改造难点及实施效果分析

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　　摘    要：本文主要介绍了北京地区医院锅炉房低氮节能改造的必要性和意义，分析得出该项目改造的难点在于低氮节能技术应用国内可借鉴案例少;保障医疗运行，改造不能停汽;医院历史久远图纸资料不全;北京地区施工安全环保要求高等。结合医院锅炉房改造实际案例，在保障运行不停汽的情况下，通过运用低氮燃烧机结合烟气回燃技术改造锅炉后，氮氧化物排放低于30mg/m3，锅炉房附属系统及管道整体改造后节能效果显著。同时本文基于新型低氮节能锅炉运行要求，提出在锅炉房改造后的运维提升策略。
　　关键词 医院锅炉房;低氮节能改造;实施效果;运维提升
　　1  引言
　　北京地区近年来由于雾霾天气频频发生，空气质量已经成为不容忽视的民生问题之一。在社会经济逐步发展和环保要求不断提高的背景下，国家及北京市政府也将节能减排工作提升到了十分重要的地位，北京地区各行各业都在不断深入开展节能减排工作。根据北京市要求，北京地区新建锅炉排放物中氮氧化物不得超过30mg/m3。而医院锅炉房是北京市较早进行锅炉煤改气工程的重点对象，煤改气后的医院燃气锅炉多数已运行十余年。由于医院锅炉生产、生活、试验等用汽、用热的稳定需求和高负荷、高强度、连续运行的特殊性，大部分燃气锅炉已到或接近使用年限，面临着配件老化、控制系统落后、效率下降、故障频发、带病运行的状态，排放不达标、耗能严重且严重威胁着医院的正常医疗秩序。因此，北京地区医院的锅炉及锅炉房系统节能减排降污任务较重，低氮节能改造已成为刻不容缓的紧迫任务。
　　本文结合北京地区首批实施锅炉房低氮节能改造的医院项目，从改造难点分析、设备技术选型、项目组织实施、实施效果分析及改造后运维提升策略等方面系统作以阐述。
　　2  既有医院锅炉房低氮节能改造项目难点
　　2.1  锅炉低氮节能技术应用国内借鉴案例少
　　截至2017年我国一直未有大范围应用低氮燃烧技术，因此国内围绕锅炉低氮节能改造的实施效果的研究也很少，可借鉴的案例较少。选择出适用的低氮节能减排技术与产品，成为改造成功的关键因素。
　　2.2  需保障医疗平稳运行，锅炉改造过程不能停汽
　　既有医疗建筑院区面积有限，大多仅有唯一锅炉房，生产蒸汽一般用于医疗器械及布草消毒、特殊区域加湿及应急板换生活热水等，由于医疗工作的连续性，和医院生产、生活用汽的特殊性，要保证在蒸汽不间断供应的同时完成全部改造任务，在原锅炉房内拆旧置新，现场施工难度较大。
　　2.3  医院历史久远，既有锅炉房图纸资料不全，改造实施困难大
　　由于既有医疗机构锅炉房大多建设于建院伊始，特别是历史久远的医院，其锅炉房往往历经多次改造，机房内、地面下管线复杂、众多，历史图纸资料不全，改造施工稍有不慎可能会直接影响现有锅炉系统运行、蒸汽供应。在图纸资料不全的情况下，改造实施难度较大。
　　2.4  北京地区施工环境复杂，施工安全环保任务重
　　北京地区施工环保措施要求严格，既有医院周边往往建筑物密集，有些紧邻居民区，改造过程中保证安全生产、降低噪声和扬尘是控制重点，施工生产防护任务较重。同时如遇重度雾霾天气、大型党或国家活动，工期易造成影响，这些因素对改造施工作业组织要求非常高。
　　3  低氮节能减排技术
　　3.1  锅炉低氮排放技术
　　氮氧化物形成机理：当甲烷燃烧所释放的热量足以将周围氮气、氧气以及反應生成的水蒸气和二氧化碳加热至7000摄氏度以上便会形成氮氧化物，那么火焰环境温度（炉膛介质温度）、炉膛温度场的均匀性、火焰尖峰温度、炉膛综合换热系数、甲烷空气比例、实际高温区温度即是决定氮氧化物含量高低的条件。
　　据此，锅炉介质温度根据使用条件为额定状态、火焰尖峰温度和甲烷空气比例由过氧系数决定，炉膛换热系数由炉膛几何尺寸和火焰贴合度决定;燃烧器降低氮氧化物排放的方法主要有加强火焰贴合度、加强炉膛温度均匀度、降低实际高温区温度三种。
　　3.2  控制氮氧化物生成的技术手段
　　3.2.1  氮氧化物控制措施
　　氮氧化物的排放控制技术主要有燃烧前的处理、燃烧技术的改进、燃烧后处理三种方向。燃烧前的处理即通过脱氮技术，减少燃料中的含氮量，该技术至今尚未开发完全。而燃烧技术的改进中常见的有低氧燃烧、分段燃烧以及注入蒸汽或水喷淋燃烧等。
　　3.2.2  降氮技术的比较分析
　　根据控制氮氧化物生成的方式，市面上所研发的几种主要降氮技术包括了分级燃烧、贫燃预混、低氮燃烧器+烟气再循环。下表将这几种技术的优点和发展趋势及排放值进行了比较。
　　综合以上分析，分级燃烧难以实现《锅炉大气污染物排放标准》中所涉及的新规定要求，且北京市发改委联合相关部门警示不提倡采用全预混技术。因此，在本文案例项目中，改造技术上优先选择采用低氮燃烧机结合烟气回燃技术。
　　4  既有医院锅炉房改造案例实施
　　4.1  设备概况
　　北京市某医院锅炉房原有2台德国劳斯燃气蒸汽锅炉，一用一备保证医院24小时不间断供汽，已使用18年，其中一台于改造前已多次出现各类运行故障。两台锅炉均没有顶部排污，排烟温度平均高于160℃，氮氧化物排放量为200毫克左右，从使用年限、能效、污染排放等方面均已达到必须改造的程度。
　　4.2  改造实施措施
　　4.2.1  改造组织保障
　　医院成立锅炉房改造专门工作组，主管院领导、院长助理分别作为组长、副组长，总指挥项目实施，由后勤、基建、审计、财务等多部门人员组成项目组，各自负责项目相关归口工作，完成项目前期论证、立项、招标等工作，实行全过程审计、监理。历经数月的施工完成了2台4吨燃气锅炉更新及锅炉房的整体改造工作。 　　4.2.2  改造设备选型
　　经过对降氮及节能技术进行反复优选，锅炉设备通过公开招标采购江苏双良一体式蒸汽冷凝锅炉，锅炉的排烟温度由原高于130℃降低至改造后的不到70℃，将锅炉效率直接提高了5%左右。锅炉燃烧器选用了德国欧科EK EVO7.4500G 低氮燃烧器+FGR技术，以确保锅炉氮氧化物的排放值低于30mg/m3。
　　蒸汽锅炉连续排污安装采用了进口自动排污电磁阀，可自动检测炉水电导率，根据设定好的电导率限值自动启停、关断阀门。并且系统中加装了连续排污膨胀器，排出的污水经过连续排污膨胀器进行汽水分离，水汽直接进入软水箱，分离后的污水经自动电磁阀控制，到一定量时直接通过地埋排污管进入室外污水管井，解决了传统蒸汽锅炉上部连续排污不间断排放浪费热量、消耗能源、不好控制的弊病。
　　4.2.3  施工措施组织得当，克服改造难点。
　　为保障医院平稳运行，解决改造不停汽的难点，在工程实际实施过程中通过设置搭建临时防火墙将原有两台旧锅炉隔开，然后拆一装一，待第一台新锅炉运行正常后，开始布局整体锅炉房工艺系统，拆二装二，最后完成整体锅炉房系统。
　　施工组织安排上，由于在施工过程中雾霾天气限产、两会召开等多种不可控因素干扰，项目组及时调整工期，最终全部工程顺利完成，并相应通过了低氮排放检测验收和整体工程验收，并获得了相关行业主管部门的认可。
　　5  项目改造实施效果分析
　　5.1  改造后排污指标达标
　　按照2017年4月新出台的高污染燃料禁燃区内锅炉大气污染物排放浓度限值要求，改造前2#锅炉的二氧化硫、氮氧化物浓度已经超标。
　　改造后2#锅炉排放口废气浓度检测结果显示，二氧化硫和氮氧化物浓度均明显低于2017年排放浓度限值要求。排污指标改造后改善显著。
　　5.2  改造后节能效果显著
　　通过新锅炉安装运行前后，对比日常运行中能源消耗量可以看出：锅炉每日的软化水用量从改造前的40余吨减少至不到20吨，天然气的消耗量平均每月节省约1.5万立方米，在保障正常供气的前提下为医院平均每个月节省5万元燃气经费。
　　5.3  锅炉房自动化水平提高
　　锅炉房控制系统采用全套先进的“蒸汽锅炉供热管理系统”，该系统融合了计算机技术、传感技术、数据通信技术、测控技术和可靠性理论的新型高科技热网监测系统。可实时监控蒸汽系统管网供热的全过程，清晰地反映各站点实时运行情况;详细记录管线站点的运行参数;集中显示温度、压力、瞬时流量、累积流量等参数值（记录间隔<2秒）。对出现的不正常情况（压力及温度不稳定，管漏等）能及时发现并做出相应的处理。
　　6  锅炉房改造后的运维提升策略
　　6.1  规范司炉运行工作，制定巡检制度
　　为更好地规范化、经济性运行低氮锅炉，在新锅炉投入使用后，锅炉房重新制定了运行规范。《司炉工安全管理制度》对司炉工持证上岗、每日设备巡检内容及常规工作规范作出了明确规定，使锅炉得以正常运行并延长使用寿命，防止事故发生。同时制订和执行了《锅炉房设备巡检制度表》，可参考表4。
　　司炉人员依照《司炉工巡回检查制度》，肩负起自身职责，加强了对关键部位的巡视力度。除每日定时将各项巡检内容记录在册外，锅炉房设备维修记录及来访人员情况也详细记录在专用登记册内，将运行安全、消防及交接班制度张贴上墙，使锅炉房运行制度化、规范化。
　　6.2  做好應急演练工作，完善应急预案
　　为应对突发事件，医院后勤处制定了《锅炉房安全消防制度》及《突发事件应急预案》，定期组织安全演练活动，避免因突发事件导致锅炉无法正常运行时造成的人员慌乱的情况，为锅炉房的安全运行保驾护航。
　　6.3  依据规范标准，做好设备维保
　　在设备维保方面，根据规定，对锅炉每一年进行一次外检及水质监测，锅炉内检每两年检验一次。而运行锅炉配备的安全阀、压力表，按照国家技术监督局根据计量检定规程所确定的标准，每六个月拆卸送检一次，并更换上年检后的安全阀、压力表，使在用锅炉设备的安全性得以保证。
　　6.4  加强人员培训，不断提高专业技术水平
　　定期组织培训活动，提高司炉人员运维管理能力，学习掌握新型锅炉常见故障及处理方法，掌握高效节能的运行操控技术，调试完善设备运行状态。
　　综上所述，医院锅炉多位于既有医疗建筑内，承担着不间断保障医疗供汽、供热任务。进行低氮节能改造过程需要尽量减少对医疗秩序的影响，医疗生产与改造并行，即在不影响正常医疗工作秩序的前提下，精心设计、科学选型、周密考虑、安全文明施工，多部门各尽其职，有序、高效推进改造工程，最终达到医院锅炉安全、节能、环保运行的目的。
　　参考文献：
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　　[4] 王树军.集中供热协调优化控制系统研究[J].房地产导刊，2015（21）.
　　通讯作者：
　　周霞（1975—）北京建筑大学经济与管理工程学院教授、副院长，研究方向：城市经济与管理、建筑经济与管理、区域不动产统筹利用。
　　作者简介：
　　李杏（1983—）女;民族：汉;学历：硕士;职称：管理助理研究员;研究方向：医院后勤管理、设备运维。
　　赵亮（1993—）男;民族：汉;学历：学士;职称：助理工程师;研究方向：医院后勤管理、设备运维管理。
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