燃?xì)忮仩t煙氣再循環(huán)對能效影響的實證研究

顧舒揚

（貴州省特種設(shè)備檢驗檢測院，貴州 貴陽 550000）

1 概述

目前，國家對燃?xì)夤I(yè)鍋爐的大氣污染物排放的主要控制指標(biāo)為NOx、SO2、煙氣黑度和顆粒物濃度。實際測試情況中，發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤I(yè)鍋爐最易產(chǎn)生不合格的指標(biāo)為氮氧化物。NOx在鍋爐煙氣中主要的存在形式為NO和NO2。在高溫燃燒條件下，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO約占95%。但是，NO在大氣中極易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，生成NO2，故大氣中NOx普遍以NO2的形式存在。空氣中的NO和NO2通過光化學(xué)反應(yīng)，相互轉(zhuǎn)化而達(dá)到平衡。在溫度較大或有云霧存在時，NO2進(jìn)一步與水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分——硝酸（HNO3）。在有催化劑存在時，如加上合適的氣象條件，N02轉(zhuǎn)變成硝酸的速度加快。特別是當(dāng)NO2與SO2同時存在時，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。此外，NOx還可以因飛行器在平流層中排放廢氣，逐漸積累，而使其濃度增大。NOx再與平流層內(nèi)的O3發(fā)生反應(yīng)生成NO與O2，NO與O3進(jìn)一步反應(yīng)生成NO2和O2，從而打破O3平衡，使O3濃度降低，導(dǎo)致O3層的耗損。

鍋爐節(jié)能方面的依據(jù)，主要出自由原國家質(zhì)檢總局頒布的TSG G0002-2010鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程。該規(guī)程中對于鍋爐排煙溫度、過量空氣系數(shù)及鍋爐熱效率做出了限定。對于燃?xì)夤I(yè)鍋爐，其過量空氣系數(shù)不得超過1.15，鍋爐熱效率限定值為92%，目標(biāo)值為98%。

2 案例分析

2.1 案例背景

本次案例選取了一臺全自動燃?xì)饫淠仩t，鍋爐型號為 SZS30-1.25／350 Q，額定蒸發(fā)量為30000kg／h，額定壓力1.25MPa。該鍋爐配備了煙氣再循環(huán)系統(tǒng)（FGR系統(tǒng)），能夠?qū)崿F(xiàn)低氮排放。

測試主要設(shè)備為Photon（Madur，奧地利）紅外煙氣分析儀，ZR-3260（青島眾瑞，中國）定電位電解法煙氣分析儀，HI93532（Hanna，意大利）高溫?zé)犭娕紲囟扔嫛?/p>

2.2 測試方案

本次測試分為兩部分進(jìn)行。在鍋爐運行工況穩(wěn)定的情況下，關(guān)閉煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，測定鍋爐各項指標(biāo)，得出煙氣中主要污染物指標(biāo)NOx值，并計算出鍋爐熱效率。在相同工況下開啟鍋爐煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，測定鍋爐各項指標(biāo)，得出此時的鍋爐煙氣中主要污染物指標(biāo)NOx值，并計算出此時鍋爐熱效率（熱效率采用反平衡計算方法）。

鍋爐運行穩(wěn)定后開始測試，測試時間15 min，之后開啟煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，測試不中斷，持續(xù)進(jìn)行45 min。

2.3 測試指標(biāo)

本次測試的主要指標(biāo)有：煙氣中NOx、煙氣中O2、煙氣中CO2、煙氣中CO、排煙溫度、入爐冷空氣溫度。

2.4 測試數(shù)據(jù)

測試期間工況穩(wěn)定為鍋爐額定工況的70%，測試期間鍋爐運行壓力為0.85MPa，出口蒸汽溫度為325℃，詳數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 測試數(shù)據(jù)匯總表

表2 測試數(shù)據(jù)計算表

表2 （續(xù)）

3 結(jié)論

本文對SZS30-1.25／350 Q型號鍋爐的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)測試做了實證研究，分析了在鍋爐運行穩(wěn)定工況下，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐熱效率的影響，得到以下結(jié)論：

1）隨著FGR系統(tǒng)的開啟，鍋爐氮氧化物出現(xiàn)明顯的下降，能夠?qū)崿F(xiàn)低氮燃燒的目的。2）FGR系統(tǒng)的開啟，會在一定程度上降低鍋爐過量空氣系數(shù)，但并未產(chǎn)生大量的未燃燒成分。證實了低過量空氣系數(shù)與貧氧燃燒結(jié)合能夠有效的降低氮氧化物生成。

因此，可以看出在采用FGR技術(shù)于鍋爐穩(wěn)定工況下運行時，煙氣再循環(huán)能夠有效的降低氮氧化物的生成，對鍋爐熱效率有一定的降低，但降低的幅度十分有限。對于處于運行不夠穩(wěn)定狀態(tài)下的鍋爐，由于其對過量空氣系數(shù)的影響較大，需要進(jìn)一步關(guān)注。