随着北京市产业结构的调整,工业生产活动造成的排放量呈现逐年萎缩的态势,与居民生活相关的污染源比例在升高。北京要实现空气质量的改善,必须从生活源实施深度减排。如前所述,随着大气环境污染形成机理的逐渐清晰,环境管理、污染控制将更加精细化,北京市环保局正在修订北京市《锅炉大气污染物排放标准》,其中对燃气锅炉的NOx排放控制提出了非常高的要求,到2017年北京市新建锅炉NOx要达到30mg/m3,只有现行标准限值的1/5,是继美国南加州空气质量管理区之后的最严标准。NOx的产生环节主要受燃烧系统控制,也就是燃烧器非常关键,同时锅炉本体的设计、受热面的布置也要与火焰尺寸匹配。这一标准的实施将对北京燃烧器市场形成较大的冲击,目前仅有少数的国外燃烧器企业可以提供这样的产品。为了配合北京市地方标准的实施,提高我国燃烧器产业细分市场的竞争力,北京市科委在2014年启动了北京市重大科技计划项目《燃气锅炉低氮燃烧技术装备研发与示范》,拟将国内的技术开发、产品制造、市场拓展等优势资源进行整合,促进新兴环保产业的发展。
我们在充分分析低氮燃烧器工业应用技术发展趋势的基础上,课题组确定了低氮燃烧器的技术路线,经过半年的结构设计和数值模拟,已完成了低氮燃烧器的产品初步设计,初步设计方案采用了火焰分割、燃料分级以及烟气再循环等多种技术,实现了低温燃烧与火焰稳定这一对矛盾因素的统一。同时燃烧器拟采用软测量值目标反馈控制技术,该项技术可根据燃烧器的负荷变化实现对燃烧效率、NOx排放的动态优化,或将在燃气锅炉燃烧控制技术上实现突破,以期解决中小型燃气锅炉由于成本过高而无NOx控制、大型燃气锅炉过程控制成本过高的问题。该项目目前正在加紧进行样机的制造,清华大学热能工程系对设计方案的NOx初步模拟结果在40mg/m3以下,由于模拟结果的不确定性可能会有30%左右的误差,后续需要进行台架试验对初设设计方案进行试验验证和优化调整。
本项目的最终产出将实现我国低氮燃烧器、低氮燃气锅炉整体装备的自主知识产权,将应用于燃气锅炉的低氮改造和新建燃气锅炉上,为《锅炉大气污染物排放标准》的实施提供装备与技术支持。该标准的落地,将为本项目开发的低氮燃烧器和低氮燃烧技术打开市场,本项目的完成也将为北京市5000台存量燃气锅炉的低氮改造和“煤改气”项目提供合规支持。该项目的实施预计将减少北京市NOx排放量约2万吨,减排比例在10%以上,减少采暖季北京市NOx排放量约30%,提高北京市大气环境抗重污染的能力,减少采暖季的雾霾发生频次。