据统计，目前北京市燃气锅炉保有量超过1万台，随着锅炉“煤改气”工程的继续推进，燃气锅炉保有量将持续增加。锅炉“煤改气”可以有效压减燃煤，降低大气中可吸入颗粒物浓度，但是，燃气锅炉使用过程中会产生大量水蒸气和氮氧化物，而水蒸气和氮氧化物是形成雾霾天气的主要成因之一。
为加强对锅炉大气污染物的排放控制，保障人体健康、保护生态环境、改善环境空气质量，2015年北京市发布了最新《锅炉大气污染物排放标准》，标准规定在用锅炉氮氧化物排放浓度要低于80mg/m3，远低于目前国家标准规定的200mg/m3。
随着北京市锅炉排放新标准的实施，未来几年将迎来在用燃气锅炉低氮燃烧改造的高峰。2014年开始，国内外的技术厂家已经开始将各种低氮燃烧技术在燃气锅炉上进行试验和应用。本文通过一种新型的“燃气锅炉减雾减霾及热能回收装置”在南苑供热厂和东郊供热厂的应用效果为例，表明低氮燃烧技术改造对北京市治理雾霾、改善空气质量、节约能源的贡献。
1、工作原理
燃气锅炉湿烟气中的冷凝及氮氧化物的生成是一个复杂的传热传质过程，燃气锅炉的燃料为天然气，主要成分是甲烷(CH4)，属于高氢燃料，在理论空气量下，烟气中水蒸气容积量高过20%，每标准立方米天然气燃烧后的烟气中水蒸气质量约为1.55kg左右，携带热量约3640kJ，燃气锅炉天然气燃烧温度超过1200℃后，会产生大量氮氧化物，氮氧化物生成还与空气过剩系数等有关。因此，通过低氧燃烧、优化助燃空气、燃气比例调节、烟气热能回收等技术综合应用，可有效减少烟气中的水蒸气和氮氧化物，提高锅炉热效率，实现燃气锅炉的减雾减霾和节能。
1.1装置的构成
减雾减霾及热能回收装置由节能器、减雾器、减霾装置、引风机、冷凝水收集系统及烟气压力、温度测量等部件组成，通过一级换热和二级换热进行高温烟气与低温锅炉回水和冷空气的热量交换。
1.2装置的原理
①一级换热，利用低温锅炉回水吸收高温烟气中热量，主要吸收烟气中的显热，提高锅炉回水温度，提高锅炉燃烧效率，节约燃气。
②二级换热，利用冷空气进一步吸收低温烟气中热量，将排烟温度降低至露点温度以下，主要吸收烟气中的潜热，烟气中2/3的水蒸气凝结成水，大大减少烟气中水汽向大气的排放，冷凝水回收后作为锅炉补水使用，冷空气加热后进入锅炉燃烧，提高锅炉燃烧效率，节约燃气。
③利用低氧燃烧和废气回流混烧技术，降低炉膛燃烧温度，抑制氮氧化物的生成，减少烟气中氮氧化物的排放。
2、项目应用
2.1南苑供热厂项目
南苑供热厂位于北京市丰台区，锅炉房共有4台燃气热水锅炉，锅炉总容量为56MW，锅炉型号均为WNS14-1.25/115/75-Q，锅炉房供热面积为55万m2，主要为南苑机场提供供暖服务。2013年，该锅炉房成功安装了一台减雾减霾及热能回收装置(图1)，改造后的燃气锅炉各项运行参数指标达到预期设计要求。
2.2东郊供热厂项目
东郊供热厂(原花家地供热厂)隶属于北京市热力集团有限责任公司，负责25个热力站提供热源，为该地区250万m2、3万余户居民供热。2013年，东郊供热厂实施了“煤改气”工程改造，将燃煤锅炉全部更换为燃气锅炉。为减少污染物排放，2014年，东郊供热厂选择了1台型号为WNS14-1.6/130/70-Y(Q)的燃气热水锅炉加装了减雾减霾及热能回收装置，该装置比南苑供热厂的装置增加了烟气回流混烧技术，其减排效果也更加显著(图2)。
南苑供热厂和东郊供热厂的2台锅炉改造后，设备运行正常，与改造前相比，锅炉排烟中的排烟温度、水蒸气、氮氧化物浓度均大幅下降，冷凝水大量回收，天然气消耗量也明显减少。
3、检测结果
根据南苑供热厂和东郊供热厂的项目实际运行情况，依据GB/T10180《工业锅炉热工性能试验规程》等标准，对2台燃气锅炉分别进行改造前后的热效率和污染物排放浓度检测，检测结果见表1～4。
测试结果表明，南苑供热厂14MW燃气热水锅炉使用减雾减霾及热能回收装置后，锅炉热效率提高4.63%，锅炉节气率达5.09%，回收冷凝水590kg/h，氮氧化物排放浓度下降至56.9mg/m3。同时，在试验中还发现一个氮氧化物的排放规律，随着燃气量的减少，氮氧化物排放浓度也相应减少，该发现对指导在用燃气锅炉低氮技术研发和应用具有重要意义。
东郊供热厂14MW燃气热水锅炉使用减雾热能回收装置后，锅炉热效率提高3.72%，锅炉节气率达4.0%，回收冷凝水997kg/h，氮氧化物排放浓度下降至44mg/m3。
4、结论
通过对南苑供热厂和东郊供热厂2台燃气热水锅炉应用减雾减霾及热能回收装置的实际运行检测和研究，该技术装置可大幅减少锅炉排烟中的水蒸气及氮氧化物浓度，提高了锅炉热效率，并降低了天然气消耗，如能在在用燃气锅炉的节能减排改造项目中推广使用，可减少燃气锅炉使用过程中对环境的影响，为北京市及周边地区的节能减排工作发挥重要作用。
