燃氣鍋爐低氮技術研究

王 澤 軍

(太原市熱力集團有限責任公司第四供熱分公司,山西 太原 030032)

燃氣鍋爐在燃燒時會產生大量氮氧化物，氮氧化物的大量存在會導致酸雨的產生、破壞臭氧層、加劇地球溫室效應和產生各種光化學煙霧污染等危害。通過研究燃氣鍋爐低氮技術，有效改善燃氣鍋爐燃燒過程中釋放的氮氧化物情況，可以有效提高人們生存環(huán)境的質量，減少環(huán)境對人們身體健康造成的威脅。

1 氮氧化物的產生

在燃氣鍋爐工作過程中，氮氧化物的來源主要分為三個方面。

1.1 熱力型氮氧化物

熱力型氮氧化物是在高溫(1 300 ℃～1 500 ℃)時氧化分解產生的。熱力型氮氧化物呈現(xiàn)隨溫度升高而迅速增加的特點，并且氧氣濃度越大，燃燒停留時間越長，生成量也就越大。

1.2 快速型氮氧化物

快速型氮氧化物是由燃料揮發(fā)物中的碳氫化合物高溫分解成碳氫自由基和空氣中的氮氣反應，再進一步與氧化反應，以極快的速度形成的氮氧化物。這種氮氧化物的生成量與熱力型氮氧化物相比，占比量不足5%。而且在溫度低于1 300 ℃時，幾乎快速型氮氧化物沒有形成，因此在進行燃氣鍋爐低氮技術研究時可以忽略不計。

1.3 燃料型氮氧化物

燃料型氮氧化物是燃料中的氮氧化合物在燃燒過程中氧化形成的，但天然氣中基本不含固定氮，本文中的燃氣鍋爐大部分是以天然氣為燃料所以燃氣型氮氧化物也可以忽略不計。

綜上所述，我們所研究的燃氣鍋爐低氮技術主要是以控制熱力型氮氧化物的產生為主，通過控制火焰的燃燒溫度和充分利用燃燒室的空間，而達到降低氮氧化物排放量的目的。

2 低氮燃燒技術的分類

2.1 空氣分級燃燒

當空氣與燃料混合比例適當時，燃料的燃燒速度較快，燃燒所達到的溫度較高。為了降低燃燒時的強度與火焰的溫度，可以采用將空氣與燃氣分段混合，分級燃燒的方法，將空氣與燃氣進行分階段混合，通過還原性的氛圍減少氮氧化合物的形成，并且過量的空氣提供了較低的空氣系數(shù)，可以使燃料完全燃燒，避免了較高的空氣系數(shù)造成的排煙熱量損失。

2.2 煙氣的再循環(huán)

煙氣的再循環(huán)是將排放的煙氣再次循環(huán)到助燃空氣中進行重復利用的過程。通過煙氣的再循環(huán)可以有效的降低助燃空氣中的氧氣含量，并提供一定量的二氧化碳，從而達到將氧氣的含量保持在21%以下。這時助燃空氣中的氧氣含量較低，可以降低燃氣的燃燒速度，減少了單位時間內燃氣釋放的熱量，從而實現(xiàn)減少氮氧化物排放的目的。而且煙氣的再循環(huán)還可以適當?shù)脑黾尤細馐抑械臒煔饬浚瑴p少火焰的平均溫度，也達到減少氮氧化合物排放的目的。

2.3 全預混表面燃燒

全預混表面燃燒技術對于減少小型燃氣鍋爐的氮氧化物排放量有著顯著的效果，首先，通過運用全預混表面燃燒技術可以使火焰沿著金屬纖維表面進行均勻分布，有利于形成均勻分布的溫度場，降低單位面積上的熱負荷。其次，金屬纖維表面燃燒時，過量的空氣可以降低火焰溫度，從而達到減少氮氧化合物排放量的目的。但是全預混表面燃燒，會造成較大的排煙量，導致熱量損失。并且特殊構造的金屬纖維燃燒時容易形成堵塞，后期的清理維護工作量較大。

3 燃氣鍋爐低氮改造方式

就針對常見的燃氣低氮改造方式而言，其主要有：低氮燃燒器和整體更換鍋爐和燃燒器兩種。其中，更換低氮燃燒器主要就是為了保留原有的鍋爐本體。而整體更換鍋爐和燃燒器較傳統(tǒng)的燃燒器而言，其燃燒結構還無法與低氮燃燒技術相匹配。因此，在使用時，一般不建議利用燃燒機本身機構所改造的燃氣鍋爐。

3.1 更換燃燒器

倘若鍋爐的受熱面積能夠滿足改造的實際需求且在使用時年限較短，就可采用相應的更換燃燒器的方式來進行改造。因此，在選擇相應的設備型號時，首先要對受熱面即爐膛的直徑及深度進行測量，同時還要對鍋爐的背壓進行了解，在此基礎上選擇合適的燃燒技術。

在一般情況下，對于蒸汽鍋爐的使用，應當優(yōu)先使用分級燃燒和煙氣再循環(huán)相結合的燃燒器。因此，我們可以選用：歐科、寶爾非等品牌的產品。此外，對于小型低氮冷凝常壓鍋爐而言，可以選用全預混表面的燃燒技術。譬如：諾科、富爾頓等產品。在對燃燒器進行更換時，應在改造之前認真的勘察鍋爐房的實際情況，對安裝空間進行實際測量，并了解運輸通道的具體情況，此外還要熟悉鍋爐的運行情況和各種參數(shù)情況，這樣就能避免在施工的過程中出現(xiàn)設備運行狀況不良、預估費用不精準以及施工難度大等問題。

3.2 整體更換鍋爐

選用整體更換鍋爐方案時，不僅要選擇燃燒技術，還應綜合的考慮鍋爐的使用安全性和經濟性，并對改造成本以及改造技術進行全方面的考量，并在此基礎上確定改造方案。通常會選擇同等規(guī)格置換模式，這種模式對附屬設備、工藝管線等的改動相對較低，能夠有效節(jié)約改造成本，減少改造時間。同時，也可依據(jù)實際熱負荷對更新后的裝機容量進行調整，這樣可以達到節(jié)約備用鍋爐投資，節(jié)約改造成本的目的。

4 改造實施中的注意事項

4.1 對燃氣的要求

分級燃燒技術低氮燃燒器的使用，較傳統(tǒng)燃燒器而言，其噴孔的孔徑一般相對較小且噴嘴的分配較為密集，這樣也就給燃氣的供給壓力提出了更高的要求。因此，在使用時，就要求根據(jù)實際情況對鍋爐房燃氣的壓力進行調整，同時要確定燃氣的減壓閥以及流量計能夠滿足新設備的實際要求，這樣就能充分的發(fā)揮出燃氣的使用性能。而有些燃氣公司，對于燃氣的使用，一般都采用一機一表的單獨計量模式。而在改造的過程中，倘若改變了鍋爐數(shù)量，就需要對燃氣計量裝置進行相應的變動，就需要對燃氣變動手續(xù)進行辦理。在對改造方式進行確定的過程中要充分考慮因這個因素而造成的成本增加問題。

4.2 低氮燃燒對爐膛尺寸的要求

超低氮燃燒鍋爐在使用時，對受熱方面的要求較高。倘若受熱面積較小，就會導致熱量得不到及時的散失，從而就會減緩鍋爐的吸收速度，進而就會導致爐膛的溫度過高，而無法有效的達到氮氧化物的濃度標準。同時假如爐膛直徑相對較小，或者爐膛較短，那么就會減小爐膛的燃燒空間，導致局部溫度的逐漸升高，進而也就無法實現(xiàn)熱力型氮氧化物的有效排放。

4.3 對風道的要求

在使用分級燃燒技術時，其鼓風機功率較原來的較大，這就會導致風量和風壓的提升，因此，對于風道的要求，一定要充分的考慮原有設備的風道強度，尤其是鋼板風道，確保其的使用安全性和有效性。如果煙風道強度無法達到需求，就會導致震顫的發(fā)生，從而使得風道流量界面不斷發(fā)生變化，這樣就會使得空氣的流通不穩(wěn)定，進而也就會導致鍋爐喘振現(xiàn)象的發(fā)生。因此，我們就可采用有效的措施來提升整個煙風道的強度，以此就能降低生產成本。

5 結語

對于工業(yè)鍋爐領域而言，未來相當長一段時間內，低氮燃燒技術的主流技術仍然會是分級燃燒加煙氣再循環(huán)技術。但是，在民用以及商用熱水鍋爐領域內，就可采用全預混凝表面燃燒技術。而隨著科技技術的不斷創(chuàng)新，低氮冷凝壁掛爐技術的使用就具有更加廣闊的發(fā)展前景。隨著科技的發(fā)展，我國的品牌研發(fā)能力在不斷提高，產品的技術水平及質量等也逐漸提升，這在很大程度上提升了我國國產品牌的競爭力，進而也就有利于降低企業(yè)的改造成本，以此就能實現(xiàn)燃燒技術的有效完善，從而促進企業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。