燃氣鍋爐低氮改造技術(shù)及實施成效分析

＊相世權(quán)

（辛集市建投燃氣有限公司 河北 052360）

引言

隨著全球能源開發(fā)利用的不斷發(fā)展，能源開發(fā)利用越來越被人們重視，而化石能源所造成的大氣污染問題也日趨嚴重。實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標，可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展政策的落實，要求在全國范圍內(nèi)逐步提高鍋爐低氮燃燒技術(shù)的研究工作，要求不斷推進低氮燃燒器的改造措施，努力實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標。據(jù)統(tǒng)計，在全國禁燃區(qū)域內(nèi)1t/h以及以上的燃氣鍋爐總計為1134臺，這些鍋爐在燃燒時所排放煙霧中的NOx，其質(zhì)量濃度平均水平為103.3mg/m3，集中分布在80～140mg/m3區(qū)域之間，這種污染物排放的標準仍然存在較大的減排空間，與國內(nèi)先進的燃氣鍋爐排放量的嚴格標準30mg/m3，平均值70mg/m3比較，存在一定的差距。

為了全面推進燃氣鍋爐低氮改造工作，國家出臺了關(guān)于燃氣鍋爐（設(shè)施）低氮改造工作的相關(guān)通知，面對國內(nèi)多種低氮燃燒技術(shù)，提高燃料和助燃空氣混合的合理性，有效控制爐膛內(nèi)部產(chǎn)生的高溫，不斷采取分級燃燒、濃氮燃燒、催化燃燒、預(yù)混燃燒以及燃氣再循環(huán)燃燒的措施，通過融入高新技術(shù)含量，能夠有效地降低NOx的生成，通過改造低氮燃燒器，提高燃氣再循環(huán)系統(tǒng)功能，逐步降低燃氣污染物的排放程度[1]。

1.燃氣鍋爐低氮改造技術(shù)策略

(1)分級燃燒與提高煙氣再循環(huán)技術(shù)策略

燃氣鍋爐加熱過程中的分級燃燒或者煙氣再循環(huán)的工作狀態(tài)是屬于低NOx燃燒中的控制技術(shù)，在燃燒過程中，如果單獨采取其中的一種降氮方式，所呈現(xiàn)的效果不是很好，也達不到現(xiàn)階段嚴格的污染物排放標準要求，為了達到污染物的排放標準要求，在正常的鍋爐燃燒工作中將兩種方法融合起來運用，這樣的使用方式不僅能夠降低鍋爐內(nèi)的燃燒溫度，同時還降低了風壓，能夠大幅度降低熱力型產(chǎn)生的NO2，從而達到NO2的排放量屬于標準要求的范圍之內(nèi)，降低NO2的生成的時候會大幅度降低NOx的生成，由此能夠減少污染物的排放程度，被廣泛應(yīng)用在鍋爐的加熱工作中。

如果將分級燃燒與煙氣再循環(huán)兩種方式同時使用，能夠減少NOx的排放量降到70%左右，更重要的是對NOx生成的煙氣再循環(huán)的控制效果更佳，使得循環(huán)過程更加安全，鍋爐的加熱效能會提高10%～30%。因此，鍋爐的分級燃燒方式和煙氣再循環(huán)方式相結(jié)合的運用最為普遍，而且被廣泛應(yīng)用在燃氣鍋爐的建成或者改造過程中[2]。

(2)對于全預(yù)混鍋爐表面燃燒技術(shù)策略

燃氣鍋爐的全預(yù)混燃燒按照其基本原理，在燃燒的過程中將燃燒所需要的空氣與燃氣提前進行混合，能夠達到均勻燃燒的效果，在鍋爐點火之前，燃氣在助燃氣的作用下兩種氣體的分子進行充分混合，避免燃氣的化學濃度成分不均勻?qū)е氯紵粡氐锥a(chǎn)生有害氣體，在鍋爐的燃燒區(qū)域內(nèi)運用大量的助燃空氣將火焰溫度進行降溫處理，由此大幅度降低熱力型的NO2的生成，燃氣與空氣的預(yù)混方式，兩種氣體的充分混合，能夠?qū)O2的排放濃度控制在15～30mg/m3之間，此方法可以應(yīng)用在新建或者整體更換鍋爐的項目當中。

鍋爐燃燒的全預(yù)混技術(shù)也可以與鍋爐的表面燃燒投配合使用，能夠有效控制火焰的長度，使得火焰附著在金屬纖維表層，使用這種方法進行燃燒，能夠有效控制燃燒速度和燃燒的范圍，而且能夠有效防止鍋爐燃燒發(fā)生離煙和回火的現(xiàn)象[3]。同時所使用的設(shè)備簡單，鍋爐的安裝比較方便，在實際應(yīng)用時，需要嚴格要求燃氣的純凈度，對鍋爐房環(huán)境的要求比較嚴格，在燃燒過程中，鍋爐的燃燒器容易被堵塞，需要定時對鍋爐的過濾裝置和鍋爐表面的燃燒頭進行清洗和維護，而且對于空氣混合量的系數(shù)在1.5以上才能控制NO2在30mg/m3以下，如果過量空氣系數(shù)偏大，則會造成鍋爐排煙是熱量有所損失，從而降低鍋爐的熱效應(yīng)[4]。

(3)對于冰冷預(yù)混燃燒技術(shù)的鍋爐整體更換策略

鍋爐的水冷混技術(shù)也是鍋爐燃燒中的基本原理之一，這是通過設(shè)置在火焰根部的高效能傳熱冰冷管，將燃燒的火焰燃燒以后釋放，實現(xiàn)燃氣低氮燃燒與完全燃燒的相互平衡。利用水冷預(yù)混的方式冷凝鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)NO2低于30mg/m3的排放，而且產(chǎn)生的熱效能較強，鍋爐的整體設(shè)計緊湊，二者合為一體，因而安裝比較方便，因為只能用于新建或者整體的鍋爐更換項目，所以，限制了其它條件下的應(yīng)用，無法大范圍的進行使用。

水冷預(yù)混底單燃燒技術(shù)也能夠達到鍋爐的全預(yù)混燃燒效果，擋在鍋爐燃燒的時候，能夠滿足低過量空氣系數(shù)、燃燒室無堵塞、噪音低、NO2排放穩(wěn)定的優(yōu)勢，同時能夠有效防止燃燒室出現(xiàn)回火現(xiàn)象。在水冷管的作用下，如果發(fā)生回火問題，能夠通過水冷管自身的功能利用冷壁效應(yīng)實現(xiàn)自行滅火的功能。控制燃氣過量和空氣的混合程度，能夠自行分配氣體并且保證了燃燒狀態(tài)是水冷預(yù)混技術(shù)的重要功能，這種設(shè)計不會因為氣體的混合不均勻而造成鍋爐局部燃燒不完全，從而生成大量的CO，甚至因為高溫原因而導致生成大量的NOx[5]。

2.低氮改造技術(shù)的具體實施

(1)燃燒器類型的選擇

要想降低NOx的排量，則必須對燃氣鍋爐進行合理的改造工作，根據(jù)鍋爐改造工程的不同，選擇不同的改造方案，選擇合適的低氮燃燒器，燃燒器的選擇需要根據(jù)鍋爐的本身的結(jié)構(gòu)特點、性能以及所需要的燃料的不同來確定，還要跟鍋爐的實際用途相適應(yīng)。關(guān)于燃料的選擇，需要跟鍋爐的用途相匹配，以鍋爐的熱功率性能、燃料的特點以及環(huán)境的特點來選擇燃燒器，如果是蒸發(fā)量較小的鍋爐則選擇一體式燃燒器比較適宜，而高溫或者蒸發(fā)量較大的鍋爐則選擇分體式的燃燒器比較適宜。燃燒器的額定輸出功率和消耗量相匹配，根據(jù)鍋爐的熱工率大小、熱效率效應(yīng)、燃料產(chǎn)生的熱值來確定，選擇適合鍋爐性能的燃燒器，當燃料的消耗量對應(yīng)集中燃燒量，應(yīng)選擇鍋爐的背壓能夠有效克服鍋爐煙風阻力的燃燒器為宜。

(2)鍋爐燃燒器的安裝及調(diào)試過程

在燃燒鍋爐低氮改造工程項目實施階段，需使鍋爐的燃燒器能夠發(fā)揮最大工作性能，則必須做好鍋爐燃燒器的安裝和調(diào)試工作。燃氣鍋爐的改造工作，能夠使鍋爐的接口密封可靠，不會出現(xiàn)漏風、漏煙隔熱不良等現(xiàn)象，能夠有效固定燃燒器，有效防止火焰強烈的沖擊鍋爐的受熱面。鍋爐的調(diào)試主要是針對鍋爐運轉(zhuǎn)的馬達、壓力開關(guān)設(shè)置是否正常，鍋爐的風機是否正常運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)時工作狀態(tài)是否正常，同時檢查空氣供給和排煙系統(tǒng)是否通暢，燃氣管道是否有漏氣現(xiàn)象，在檢查過程中，必須是用戶單位的技術(shù)人員進行現(xiàn)場指導。在進行點火調(diào)試時，啟動燃燒器進行點火，重點是檢查火焰裝置是否可靠，其后再檢查燃燒器運行負荷是否正常，檢查火焰的癥狀是否正常，對煙氣進行監(jiān)測，并進行適當調(diào)節(jié)，燃燒器在正常運轉(zhuǎn)過程中空氣量供給是否正常，是否出現(xiàn)燃料過剩的現(xiàn)象，避免燃料過剩而產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，甚至排放大量污染氣體。

(3)煙氣再循環(huán)技術(shù)實施策略

煙氣再循環(huán)技術(shù)在鍋爐低氮技術(shù)改造中被廣泛應(yīng)用，確保燃氣鍋爐改造后的實用性更強，低氮排放效果更好，鍋爐設(shè)備的運行更安全。鍋爐中的煙氣與新鮮空氣混合后，對燃燒器的助燃溫度有所控制，鍋爐中的煙溫過低，會造成冷凝水較多，從而影響燃燒器的穩(wěn)定性，而煙溫過高，則會影響降低NOx的排放效果，并且會影響燃燒器零部件的運行狀況。因此，煙氣再循環(huán)管道需要保持一定的溫度，溫度過低會導致煙氣溫度降低而產(chǎn)生冷凝水，煙氣管道兩端需增設(shè)凝水排放口，以便冷凝水能夠隨時排出。

(4)熱控電氣系統(tǒng)技術(shù)實施策略

針對鍋爐的改造在更換底單燃燒器后，還需要保留源鍋爐的控制模塊，只更換鍋爐的燃燒器系統(tǒng)即可，將燃燒器與控制部分進行對接，再根據(jù)更換以后鍋爐的煙氣外循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐的控制系統(tǒng)進行改造，并進行調(diào)試，在此期間，檢查電氣電纜的連接是否正確，是否由電工專業(yè)人員按照相應(yīng)的要求操作，電纜的鋪設(shè)工作是否合規(guī)，控制電纜和電源電纜之間是否保留了足夠的間距。電氣設(shè)備是否運用絕緣電阻，電纜的強度是否足夠，是否安裝了良好的外殼保護結(jié)構(gòu)，更應(yīng)該注意的是外部導電布建應(yīng)接地，接地電阻要適中。

3.燃氣鍋爐低氮改造實施效果分析

(1)NOx減排效果分析

燃氣鍋爐低氮改造工作，經(jīng)過改造前技術(shù)方面的證明，改造以后運行狀況的檢查，經(jīng)過測試，大部分的鍋爐從改造前NOx的排放量103.3mg/m3下降到改造后的27.5mg/m3，NOx減排率高達73.4%，有效降低NOx的排放量。

(2)鍋爐的節(jié)能效果更加明顯

對于鍋爐的整體結(jié)構(gòu)進行更換以后，底單冷凝式燃氣鍋爐的排煙溫度大幅度降低，鍋爐的熱效率明顯提高，更換低氮燃燒器的燃氣鍋爐，不僅效益始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，還大大提高了燃燒效率，熱效率的監(jiān)測統(tǒng)計結(jié)果高達91.88%，完全符合鍋爐節(jié)能監(jiān)督管理規(guī)定的監(jiān)測要求。根據(jù)用戶單位燃氣的用量來看，低氮改造醫(yī)護燃氣鍋爐的節(jié)能用氣量高達23.1%，如此情況下，全年可以節(jié)約的燃氣用量會是一個龐大的數(shù)據(jù)[1]。

(3)鍋爐運行時的穩(wěn)定率提高

通過對原有鍋爐進行改造，將燃燒器和鍋爐進行更新?lián)Q代，鍋爐排放的污染氣體降低了許多倍，這不僅達到了環(huán)保的要求，也提高了鍋爐安全運行的保證，而且增加了自動控制的全面升級，鍋爐設(shè)備的安全控制系統(tǒng)運行良好，安全保護功能相對完善，運行安全可靠。鍋爐設(shè)備的安全防控能力大幅提高，通過低氮改造的燃氣鍋爐非常輕松地通過了安全性能檢驗，通過出具的報告顯示，鍋爐監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)度符合相關(guān)要求標準。

(4)鍋爐燃燒熱能供給的影響

通過對鍋爐改造更新，低氮燃燒控制技術(shù)能夠有效降低鍋爐爐膛燃燒溫度控制NOx的生成，能夠完善鍋爐輻射吸收熱量遠遠小于原設(shè)計吸收的熱量，提高了鍋爐的供熱能力，改造后鍋爐排煙溫度的升高，排煙熱量也會增加，鍋爐輻射所吸收的熱量減少，因此，在改造設(shè)計燃料下鍋爐運行所付出的能量小于原設(shè)計鍋爐所付出的能量。

4.結(jié)論

綜上所述，對鍋爐的低氮改造工作，使得鍋爐的風機燃燒結(jié)合煙氣再循環(huán)過程，以全預(yù)混表面燃燒、水冷預(yù)混主要方式的運行，使低氮燃燒技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，促進了鍋爐較好地節(jié)能減排，通過對鍋爐實行更換新型底單燃燒器或者低氮冷凝鍋爐的方式，在很大程度上會改變由于鍋爐燃燒造成的高污染、高耗能的現(xiàn)狀。在當前節(jié)能減排、提倡“雙碳”環(huán)保戰(zhàn)略規(guī)劃的關(guān)鍵時期，燃氣鍋爐低氮改造工作顯得尤為重要，大力開展項目實施和經(jīng)驗推廣具有重要的借鑒意義，從而也促進了燃氣燃燒器產(chǎn)業(yè)鏈以及相關(guān)配套技術(shù)的不斷發(fā)展，有利于促進“雙碳”經(jīng)濟綠色的正常發(fā)展。