75t/h中壓燃氣鍋爐低氮燃燒器改造效果分析

白發強

摘 要：永坪煉油廠動力車間動力站75t/h中壓燃氣鍋爐在燃燒器改造前NOx排放濃度約為210mg/m3-240mg/m3，通過采用更換新型燃燒器以及煙氣再循環技術對鍋爐進行了低氮改造。改造后通過對煙氣測驗表明，在鍋爐在最佳運行狀態下，NOx排放濃度可控制在40mg/m3-60mg/m3之間，與改造之前相比，NOx排放濃度平均降幅約為78%，低氮改造效果非常明顯，煙氣排放達到國家排放標準。

關鍵詞：燃氣鍋爐;低氮燃燒;鍋爐改造

當前能源環境新形勢下，對燃氣鍋爐NOx的排放要求越來越嚴格，在陜西省發布的《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB61/1226-2018）中對陜北地區的排放標準將于2020年4月1日起執行，燃氣鍋爐NOx排放量的要求的極限為80mg/m3，在這種形勢下，鍋爐低氮改造勢在必行。目前某廠75t/h中壓燃氣鍋爐在燃燒器改造已經完成安裝調試，拆除舊的燃燒器，采用W-SCNG20-AB低氮燃燒器以及煙氣再循環技術（FGR），在不影響鍋爐正常運行的情況下，降低煙氣中NOx的含量，使排放達標。

1 鍋爐基本概況

動力站安裝一臺HGG-75/3.82-Q1型中溫中壓燃油燃氣鍋爐，由哈爾濱哈鍋鍋爐工程技術有限公司制造。該鍋爐為負壓運行的自然循環鍋爐。鍋爐結構特點是單鍋筒，集中下水管和分散受熱下水管相結合，全部臥式水冷壁，過熱器水平布置，臥式管式空氣預熱器，固定方式自承式結構，用鋼筋混凝土柱基礎支撐整個鍋爐荷載。該鍋爐是露天式布置，鍋爐用水為除鹽水站供給的除鹽水，鍋爐自產60t/h蒸汽，外來中壓飽和蒸汽15t/h，所產蒸汽主要供給汽輪機和全廠蒸汽管網。燃料主要為干氣，更換低氮燃燒器4臺，直流式四角布置。原設計只有1臺引風機和一臺鼓風機，此次改造新增1臺煙氣循環風機。鍋爐原設計的主要參數沒有變化，具體如下表：

2 鍋爐工藝原理

燃料在鍋爐內燃燒產生熱能，通過熱傳遞使在鍋爐內的水加熱汽化產生飽和蒸汽，在通過過熱器加熱使之變成中壓過熱蒸汽，在通過集箱送至蒸汽管網，蒸汽的壓力為3.82MPa，溫度為450℃。

3 低氮燃燒器加煙氣再循環技術（FGR）工藝原理

3.1 燃料分級

根據低氮燃燒原理，在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi、未完全燃燒產物CO、H2、C以及CnHm時，會發生NO的還原反應，反應式為：

4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

2NO+2CnHm+（2n+m/2-1）O2=N2+2nCO2+mH2O

2NO+2CO=N2+2CO2

2NO+2C=N2+2CO

2NO+2H2=N2+2H2O

利用這一原理，將燃料深度分為兩級。第一級燃料噴入主燃燒區，利用過量的助燃空氣，將主燃燒區域平均溫度控制在1200度以下，嚴格控制熱力型NOx的生成量。第二級燃料從主燃燒區域的外圍噴射進入主燃燒區域的中后部，形成二級燃燒區。在二級燃燒區域，二級燃料與氧濃度低于12%的煙氣混合燃燒，相對高濃度的CHi和CO對主燃燒區生成的微量NOx進行還原反映，可使NOx的排放濃度進一步降低。

3.2 煙氣內循環

第一級燃料超音速引射內循環煙氣，通過煙氣導流管混入助燃空氣，降低助燃空氣的氧濃度，并降低主燃燒區區域的溫度;第一級燃料在和助燃空氣混合之前已經預先與內循環煙氣混合，形成低熱值的調質燃料氣，降低了主燃燒區域的碳氫離子團濃度，同時起到了減少熱力型NOx和快速型NOx的效果;燃燒器高強度旋流噴口引射煙氣產生內循環，降低助燃風的氧濃度，同時將第二級燃料調質為低熱值燃料氣，進一步減少熱力型NOx和快速型NOx。

3.3 分級送風

將助燃空氣分兩級送入燃燒區域。部分第一級燃料與一級助燃空氣旋流混合，形成中心回流區，穩定燃燒。部分第一級燃料與二級助燃空氣順流旋向布置，形成主燃燒區，主燃燒區富余大量助燃空氣，從而降低主燃燒區域的溫度。二級助燃空氣旋流布置，調整并約束火焰的主體結構尺寸，使其與爐膛尺寸相匹配。

3.4 煙氣外循環

將鍋爐尾部煙氣利用煙氣再循環風機抽吸送入燃燒器風箱，在燃燒器風箱內與助燃空氣充分混合，降低助燃空氣的氧濃度。另外外循環的煙氣進入燃燒區，能夠顯著降低火焰溫度、燃燒區的燃料濃度和氧氣濃度，從而顯著減少熱力型NOx和快速性NOx的生成。通過以上4中低氮技術的融合，使煙氣中的NOx含量低于80mg/m3。

4 改造后的效果

通過這次低氮燃燒器的改造和煙氣再循環技術的投用，經過調試合格后，鍋爐投入正常運行，經檢測鍋爐的NOx的排放值有原來的210mg/m3-240mg/m3降至40mg/m3-60mg/m3，達到了排放要求。

綜上所述，動力站鍋爐煙氣在鍋爐負荷為30%以上時NOx含量是在排放標準內的，達到了此次低氮燃燒改造的目的，同時鍋爐的主要運行數據沒有發生變化，但是還有以下幾點不足需要改進：①由于干氣的成分不穩定，導致煙氣中NOx含量波動。解決辦法：在實際操作中，根據每天干氣的檢測報告，對煙氣進行在線分析，從新調整風燃比，使NOx含量達標;②鼓風機入口調節閥調節精度不高，導致氧含量不穩定。解決辦法：建議更換新的閥門。

參考文獻：

[1]董計鑫.鍋爐低氮燃燒技術分析及應用[J].能源與節能，2016.