燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用分析

梁龍

摘 要：伴隨著一系列生態環保政策的實施，為實現生態文明建設，在工業蓬勃發展過程中，要采取更加嚴格的工業鍋爐大氣污染物的排放標準。本文分析燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用的必要性、燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用技術設計要求，并對其具體應用進行探究。

關鍵詞：燃氣鍋爐;超低氮燃燒器;技術應用

在化工、冶金、輕工等行業發展過程中，燃氣鍋爐的污染排放問題成為抑制企業發展的重要因素，生產過程中容易產生嚴重的大氣污染、環境污染，排放出的氮氧化物對人類健康產生重大危害。這是因為燃氣鍋爐在燃燒過程中天然氣理論燃燒溫度過高，導致該生產過程中所產生的污染物為熱力型氮氧化物（NOx），為抑制燃燒溫度來抑制熱力型 NOx 的生成，通常會應用煙氣再循環技術。伴隨著生態文明建設工作的進一步開展，化工、冶金、輕工等行業發展如何實現及經濟效益、生態效益共贏就成為企業的重要研究內容，通過合理應用燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術，使生產過程中產生的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達到國家標準，從而達到相關標準要求。

1 燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用的必要性分析

根據當前市場中引用比較廣泛的燃燒器來看，要想使NOx排放值降到 30mg/Nm?以下需要使用煙氣外循環技術。但是在燃氣鍋爐作業過程中使用煙氣外循環技術，往往會伴隨著鍋爐效率下降、燃氣耗量上升、鍋爐振動、火焰不穩等問題。部分進口燃燒器雖然可以在不使用煙氣外循的條件下將NOx排放降到30 mg/ Nm?以下，但是其負荷調節無法滿足用戶的實際使用需求。因此，燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用在燃氣鍋爐作業過程中的無煙氣外循環的情況下使NOx排放物降低到30mg/Nm?以下。超低氮燃燒器技術應用中通過脈沖燃燒可以更加充分的燃燒，并使煙氣溫度更加均勻，增加煙氣側換熱系數，使燃料消耗量及排煙溫度增加，最終提升鍋爐效率。應用超低氮燃燒器不僅可以實現對脈沖頻率調節，還能對脈寬調制進行調節，進而調節燃料量，該過程中所產生的成本遠遠低于應用較為廣泛的壓力流量調節閥，可以使燃料管路設備成本有效降低，可以說應用超低氮燃燒器不僅可以使NOx、CO得到控制，鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達到國家標準，還可以降低成本，因此具有較好的應用效用與前景。

2 燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用技術設計要求

2.1 超低氮燃燒技術

國外關于超低氮燃燒技術的研究起步較早，且取得了一些研究成果。由于國外在這方面的研究起步較早，早在上世紀九十年代就已經研制出了低氮燃燒器，且可以實現燃氣鍋爐生產中高溫煙氣中氮氧化物的排放量降低的目標。我國關于超低氮燃燒器研究起步相對較晚，但是發展迅速，并在近年來的超低氮燃燒技術研究應用領域的方面占據世界領先地位，并在我國的石油化工領域方面應用超低氮燃燒技術取得了顯著的技術成果。中國的超低氮燃燒技術分別經歷了分級配風燃燒器技術、分級配燃料燃燒器技術及煙氣內循環燃燒器技術三個不同的階段，并能夠可以實現將煙氣中氮氧化物濃度由原本的140mg/m3降至50mg/m3。根據最新研究成果來看，強化煙氣內循環低氮氧化物燃燒器技術可以實現高溫煙氣中氮氧化物濃度降低到35mg/m3以下，實現了超低氮燃燒技術的變革、創新，這也是未來超低氮燃燒技術的重要發展方向，也可以實現煙氣中氮氧化物排放濃度逐漸降低的目標。

2.2 超低氮燃燒技術設計要求

在設計超低氮燃燒器的時候，要求所使用的超低氮燃燒技術設計必須要符合現行的GB31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》、GB31571—2015《石油化學工業污染物排放標準》，并符合不同地區所出臺的關于鍋爐大氣污染物綜合排放標準。以山東省為例來看，根據其所頒布實施的《鍋爐大氣污染物排放標

準》，自規定實施開始（2020年1月1日），要求化工、冶金、輕工等行業生產中所應用的燃油、燃氣和其他燃料鍋爐必須要符合所在控制區執行新的排放濃度標準：如果企業燃氣鍋爐位于大氣污染的核心控制區，則要求燃氣鍋爐所產生的氮氧化物的排放限值必須低于50mg/m3 ;如果企業燃氣鍋爐位于大氣污染的重點控制區域，則要求燃氣鍋爐所產生的氮氧化物的排放限值必須低于100mg/m3;如果企業燃氣鍋爐位于大氣污染的一般控制區，則需要以為2016年9月30日后通過環評審批的燃煤鍋爐的氮氧化物的排放限值相關標準，將氮氧化物的排放限值控制在100mg/m3以內。因此，在設計超低氮燃燒器的時候就需要針對溫度型氮氧化物，將氮氧化物排放限值應在干煙氣下3%氧含量下進行確定。

3 燃氣鍋爐超低氮燃燒器技術應用

為有效減少燃氣鍋爐氮氧化物的排放，根據燃氣鍋爐實際應用情況，應用超低氮燃燒器技術進行適當改造。根據燃氣鍋爐作業時燃燒所產生的氮氧化物熱力型NOx、熱力型NOx成因來看，一般是空氣中的氮在高溫條件下氧化而成，所生成的氮氧化物量由溫度和煙氣在高溫區停留的時間決定。以往的燃氣燃燒器為避免生產制造中形成高溫區，通常會采用燃料分級配送及助燃風分級配送的形式，往往會忽略時間概念。基于此，在未來的燃氣鍋爐應用超低氮燃燒器技術中，就需要實現提高煙氣流速減少煙氣在高溫區停留時間的技術突破。與此同時大量資料表明，脈沖燃燒也能大幅減少煙氣在高溫區的停留時間，有效降低NOx生成。

以山東省某公司的燃氣鍋爐為例應用超低氮燃燒器技術進行低氮改造，混合應用預混燃燒技術與火焰分割技術。應用預混燃燒技術，可以使超低氮燃燒器中的燃料和氧氣預先混合成均勻的混合氣，通常也會將該可燃混合氣稱為預混合氣，在燃燒器內預混合氣實施著火、燃燒的整個過程。應用火焰分割技術可以實現將燃燒器內的燃燒火焰分割為多個小火焰，從而有效地降低燃燒器內火焰的分支溫度，有效抑制熱力型氮氧化物的產生。通過應用低氮燃燒器噴槍，能夠從多個角度將燃料噴入其中，并使得火焰形態中形成多火焰分布狀態，從而使得火焰根部溫度降低，并逐漸使燃氣鍋爐內的火焰溫度逐漸變得均勻。

對該燃氣鍋爐改造前后的氮氧化物排放濃度進行比較分析，實現低氮改造前的氮氧化物排放濃度為172mg/m3，實施低氮改造后氮氧化物排放濃度降低至22mg/m3，該排放濃度遠遠低于山東省的大氣污染的核心控制區要求的所有鍋爐的氮氧化物的排放限值50mg/m3。不難看出經過低氮改造的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度符合國家及地方標準要求，達到了燃氣鍋爐生產中降低氮氧化物排放濃度的目標。

結束語：

總而言之，通過在燃氣鍋爐中合理應用超低氮燃燒器技術，使生產過程中產生的鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達到國家標準，不僅減少氮氧產物對大氣、環境的污染，不會對人類健康產生威脅。在未來的研究中，要實現在不使用煙氣外循環的基本條件下，燃氣鍋爐應用低氮燃燒技術后氣體燃料燃燒所產生的NOx排放小于30mg/m3（3%參氧比）、CO排放量小于25mg/m3（3%參氧比）;脈寬調制脈沖閥的負荷調節比≥4：1。

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