燃氣鍋爐低氮排放技術改造實踐

李驁

大港油田原油運銷公司 天津 300280

低氮燃燒的實際原理為：基于空氣分級燃燒技術以控制NOx。該技術就是對燃煤發揮作用，令其實現在缺氧高和富氧低兩種溫度階段中燃燒。如此能夠規避富氧、高燃燒溫度的同現，由此來顯著阻礙熱力型NOx、燃料型NOx的生成，以實現左右NOx生成之效果。

1 存在的安全風險及產生原因

1.1 低NOx燃燒技術對Q2的影響分析

由于FGR是從尾部煙道中抽出一定比例的低溫煙氣和空氣混合后送入燃燒器，降低了燃燒氣體含氧量，低溫煙氣的參與使爐膛內燃燒溫度降低，且煙氣流速會增加，改變了爐膛及各受熱面的換熱量，會對排煙損失Q2及鍋爐效率產生一定影響[1]。

（1）如果煙氣循環量過大或混合不均勻，可能導致爐內燃燒及傳熱不穩定，引起煙氣中CO、炭黑污染物和碳氫化合物等產物大量產生，污染了受熱面，使鍋爐吸熱量下降，排煙溫度升高，從而導致鍋爐Q2升高。

（2）由于抽取低溫煙氣參與燃燒，提高了參與燃燒的空氣溫度，爐膛中煙氣量增大，溫度場更均勻、充滿度更好。爐膛內火焰中的雙原子分子（如O2、N2）對熱輻射是透明的，具有輻射能力的主要是三原子分子（如CO2、H2O），FGR致使爐膛內輻射能力增強，理論上也可能提升爐膛的吸熱量。由于FGR增大了鍋爐循環煙氣量，對流受熱面煙氣流速隨之提高，在煙溫變化不大的情況下，對流吸熱量將提高，從而使排煙溫度降低，導致Q2下降。

1.2 個別燃燒器無型式試驗證書、報告

目前，中國特種設備試驗所是國內唯一具有燃燒器型式試驗資格的單位，燃燒器型式試驗的工作進度跟不上燃燒器生產廠家投產新型燃燒器的速度。為了避免產品積壓，一些燃燒器制造商或代理商出于經濟利益的考慮，可能會向用戶銷售尚未進行型式試驗或仍在申請型式試驗的新型燃燒器。鍋爐用戶在索要燃燒器型式試驗報告和證書時，會提供其他類型燃燒器型式試驗證書和報告，并利用用戶安全管理人員的漏洞[2]。未通過型式試驗的燃燒器可能存在安全隱患，投產后可能存在安全隱患。

2 低NOx燃燒技術對Q2的影響分析

由于FGR是從尾部煙道中抽出一定比例的低溫煙氣和空氣混合后送入燃燒器，降低了燃燒氣體含氧量，低溫煙氣的參與使爐膛內燃燒溫度降低，且煙氣流速會增加，改變了爐膛及各受熱面的換熱量，會對排煙損失Q2及鍋爐效率產生一定影響[3]。

（1）如果煙氣循環量過大或混合不均勻，可能導致爐內燃燒及傳熱不穩定，引起煙氣中CO、炭黑污染物和碳氫化合物等產物大量產生，污染了受熱面，使鍋爐吸熱量下降，排煙溫度升高，從而導致鍋爐Q2升高。

（2）由于抽取低溫煙氣參與燃燒，提高了參與燃燒的空氣溫度，爐膛中煙氣量增大，溫度場更均勻、充滿度更好。爐膛內火焰中的雙原子分子（如O2、N2）對熱輻射是透明的，具有輻射能力的主要是三原子分子（如CO2、H2O），FGR致使爐膛內輻射能力增強，理論上也可能提升爐膛的吸熱量。由于FGR增大了鍋爐循環煙氣量，對流受熱面煙氣流速隨之提高，在煙溫變化不大的情況下，對流吸熱量將提高，從而使排煙溫度降低，導致Q2下降。鍋爐燃燒后排放的NOx其中約95%為NO，而NO2僅占5%左右。依據氮氧化物生成機理，可分為熱力型、燃料型和快速型NOx三類。天然氣燃燒時幾乎不產生燃料型NOx，而快速型NOx的占比也非常低，因此，主要的產物是熱力型NOx。熱力型NOx是空氣中的氮在高溫下分解、氧化后生成，燃燒區的溫度、氧濃度、滯留時間是熱力型NOx生成的關鍵因素。低NOx燃燒技術就是通過降低燃燒溫度、提高燃燒溫度場均勻性、控制燃燒區燃料濃度或氧濃度、破壞NOx生成的最佳條件等方法降低NOx的生成。將部分燃燒煙氣吸回，進入燃燒器，與空氣混合燃燒，形成貧氧混合空氣參與燃燒，既能有效降低火焰溫度，又能破壞形成氮氧化物的各分子按比例相遇的概率。由于煙氣再循環，燃燒煙氣熱容量大，燃燒中心溫度降低，NOx減少幅度明顯。控制系統改造：燃燒器運行控制采用RatiotronicTM6000系列燃燒程序控制器，該RatiotronicTM6000系列由英國DUNPHY燃燒器公司與英國ETC公司共同研發。其優點在于可以精確控制燃燒器的運行，高度的機電一體化，迅速接收反饋信號快速調節，保持最佳高效的運行；配置的燃料控制步進電機、助燃風控制步進電機、FGR控制步進電機實現各種空/燃比獨立調整，在低氮燃燒系統中能精確控制燃氣燃油、助燃風、FGR回流煙氣間的協調運行，達到最佳燃燒狀態，節約了能源[4]。

3 結語

改造后的鍋爐運行工況良好，達到低氮環保要求，但是也有遺憾，因為低氮燃燒器改造后出現問題比較復雜，有些是可以用數據計算的，有些是無法量化的。本文只針對鍋爐熱經濟性和耗氨量經濟性進行了粗略分析，受本人水平以及現場實際情況影響無法更加精細全面研究更多工況。