燃?xì)忮仩t燃燒器低氮改造后對鍋爐效率的影響

北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司 李明星

燃?xì)忮仩t燃燒器低氮改造后對鍋爐效率的影響

北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司 李明星

以天然氣為燃料的鍋爐燃燒器經(jīng)過技術(shù)改造后，氮氧化物排放符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境保護產(chǎn)生了重要的意義。但燃燒器改造后會對鍋爐排煙溫度產(chǎn)生影響，同時會使鍋爐單機效率有所降低，通過采用三電子比例調(diào)節(jié)的方式將鍋爐的效率提高。

燃燒器；低氮改造；鍋爐效率；降低

1 概述

天然氣作為我國的主要清潔能源，以其綠色環(huán)保、經(jīng)濟性高、安全可靠、儲量豐富等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)。針對當(dāng)前環(huán)境污染的緊迫性，政府制定出更為苛刻的排放要求，同時各地對清潔燃料的需求進一步提高。天然氣作為一種清潔能源，能減少近100%的二氧化硫和粉塵排放量，60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，并有助于減少酸雨形成，緩解地球溫室效應(yīng)，從根本上提高環(huán)境質(zhì)量。公司鍋爐供能燃料為天然氣，由于鍋爐安裝較早，鍋爐當(dāng)前氮氧化物排放量為90mg/m3，燃燒器燃燒后的廢氣排放無法滿足國家制定的污染物排放最新標(biāo)準(zhǔn)——《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB11/139-2015》的限值要求（2017.3.31日之前在用鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)為80mg/m3），見表1。為達(dá)到此排放要求，公司對燃?xì)忮仩t燃燒器進行改造，本文主要研究鍋爐燃燒器改造對鍋爐效率產(chǎn)生的影響。

表1 新建鍋爐大氣污染物排放限值

2 鍋爐效率的主要影響因素

鍋爐的熱效率是衡量鍋爐最重要的一個指標(biāo)，影響鍋爐的效率的主要因素有：排煙溫度熱損失、散熱損失、燃料不完全燃燒及鍋爐結(jié)垢等。由于燃燒器進行改造后散熱損失及鍋爐結(jié)垢與改造前的相比較未發(fā)生改變，因此對鍋爐的熱效率并無影響，燃燒器改造前與燃燒器改造后改變的因素主要有兩個，即排煙溫度熱損失與燃料的不完全燃燒程度，因此本文主要研究這兩種因素對鍋爐效率的影響。

2.1 排煙溫度熱損失

排煙溫度熱損失是燃?xì)忮仩t熱損失中最主要的一項，它主要取決于排煙溫度與過量空氣系數(shù)λ。（過量空氣系數(shù)是燃燒1kg燃料實際供給的空氣質(zhì)量與理論上完全燃燒1kg燃料所需的空氣質(zhì)量之比，是我國及俄羅斯等國通用的研究可燃混合氣成分指標(biāo)，常用符號λ表示），λ與排煙熱損失q1關(guān)系：

根據(jù)經(jīng)驗公式：q1=（0.5+3.5λ）（T排煙-T環(huán)境溫度）

在運行中，要盡可能地在保證完全燃燒的條件下降低q1來提高鍋爐的燃燒效率，鍋爐排煙溫度偏高就會導(dǎo)致鍋爐的熱效率降低。排煙熱損失隨排煙溫度的升高和空氣系數(shù)的增大而增大。燃?xì)忮仩t排煙中含有蒸汽，過熱蒸汽是煙氣中熱量的主要攜帶者。因此，燃?xì)忮仩t排出的煙氣中除顯熱外，還有大量潛熱，這一部分熱損失的大部分（約70%）可以通過接觸式換熱設(shè)備進行回收。

2.2 氣體不完全燃燒熱損失(q2)

燃?xì)忮仩t在燃燒良好的情況下,氣體不完全燃燒熱損失較小。根據(jù)燃燒器廠家提供的數(shù)據(jù)，燃燒器的燃燒效率一般為99.0%～99.5%，即氣體不完全燃燒熱損失率為0.5%～1.0%。但在燃燒不良的情況下，氣體不完全燃燒熱損失率很高。

λ與氣體不完全燃燒熱損失q2的關(guān)系：

根據(jù)經(jīng)驗公式：q2=3.2λCO%

β：燃料特性系數(shù)，與燃料種類有關(guān)；

RO2：煙氣中SO2和CO2的含量；

由上式可以看出，q2和λ與和CO%乘積成線性關(guān)系，在運行中如果λ過小導(dǎo)致燃燒不充分，煙氣中的CO%增加導(dǎo)致氣體不完全燃燒熱損失增加。因此在燃?xì)忮仩t調(diào)試時，應(yīng)由調(diào)試人員對各種工況進行認(rèn)真調(diào)試和檢測，使燃?xì)忮仩t達(dá)到最佳的燃燒狀態(tài)。宜選擇具有比例調(diào)節(jié)功能的燃燒器，它能夠隨著供暖熱負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)燃?xì)馀c空氣的配比，使其保持較高的燃燒效率。

3 低氮燃燒技術(shù)的介紹

將現(xiàn)有的德國ELCO制造的VG系列的VG6.2100 DP/TC燃燒器更換為北京市環(huán)科院、北京環(huán)科環(huán)保技術(shù)公司、清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的型號為HBUNB14-50低氮燃燒器并輔以煙氣再循環(huán)技術(shù)。該燃燒器采用了三電子比例調(diào)節(jié)，分別對燃?xì)饬髁?、空氣流量和再循環(huán)煙氣流量實施線性控制，從源頭實現(xiàn)了對天然氣燃燒過程中NOX的控制。通過旋流器與煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)的結(jié)合加強了火焰燃燒穩(wěn)定性，耦合了分級燃燒技術(shù)控制火焰外形，再輔以外部再循環(huán)煙氣對燃燒區(qū)溫度進一步降低，實現(xiàn)了對熱力型及快速型NOX的有效控制。

4 低氮燃燒與鍋爐效率的關(guān)系

鍋爐改造完成后其CO排放量由0mg/m3增加至2.6 mg/m3；NOX排放量由改造前的94mg/m3降至改造后的27.4mg/m3,氮氧化物排放量下降69.5%左右，滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)DB11/139-2015》對在用鍋爐的預(yù)期排放限值要求。

為了驗證鍋爐脫氮改造對鍋爐效率的影響，統(tǒng)計了鍋爐改造之前與鍋爐改造之后運行及耗能數(shù)據(jù)進行對比分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

通過1#蒸汽鍋爐改造前進一個月的數(shù)據(jù)與改造后數(shù)據(jù)對比可知，經(jīng)過改造后試運行3個月，鍋爐產(chǎn)生每噸蒸汽的天然氣耗氣量由65.4m3/t下降到62.9m3/t，降低了2.5%；同時鍋爐效率由120%升至126.2%，單臺鍋爐效率提升6.2%。因此可以得出，脫氮在一定程度上降低了燃?xì)庀模瑫r提高了鍋爐的效率。

5 低氮燃燒對鍋爐效率的影響結(jié)論

通過以上分析可知，影響鍋爐的效率主要有兩個因素。本次改造利用外部再循環(huán)煙氣會增加一部分天然氣燃燒產(chǎn)生的熱量從而提高鍋爐效率并減少了燃?xì)夂牧?；更換后燃燒器通過三電子比例調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?、空氣流量和再循環(huán)煙氣比例，降低排煙溫度。

表2 鍋爐改造前與改造后耗能及鍋爐效率對比

圖2

內(nèi)外環(huán)載物平臺均可進行順、逆時針的轉(zhuǎn)動，每一層都有獨立的電機控制載物平臺旋轉(zhuǎn)，并且內(nèi)外環(huán)的載物平臺也都是獨立運轉(zhuǎn)的。其驅(qū)動動力由三相異步交流發(fā)電機來提供，通過PLC控制器使其平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

據(jù)專家預(yù)測，未來幾年中國汽車保有量會井噴式增長。停車難的問題會越來越嚴(yán)重，而立體車庫將會成為解決問題的主力軍。圓形塔式立體車庫在現(xiàn)有立體車庫中優(yōu)勢明顯，它的空間利用率高，運行穩(wěn)定性好，相信圓形塔式立體車庫將來必定有一番作為。

[1]楊智文.垂直升降式立體車庫模塊化設(shè)計研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014.12.

[2]梁睦,梁東凱.立體車庫的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)設(shè)計方案研討[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011.11.

[3]楊青山.我國停車位缺口超5000萬[M].中國青年網(wǎng),2015.9.

[4]高姍.2015汽車保有量再創(chuàng)新高[M].央廣網(wǎng),2016.1.

[5]巫世晶,李建斌,張銀龍.PLC控制的圓形塔式立體車庫控制系統(tǒng)設(shè)計[J].起重運輸機械,2015.12.