燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)研究

王 澤 軍

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司第四供熱分公司,山西 太原 030032)

燃?xì)忮仩t在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物，氮氧化物的大量存在會(huì)導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生、破壞臭氧層、加劇地球溫室效應(yīng)和產(chǎn)生各種光化學(xué)煙霧污染等危害。通過(guò)研究燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)，有效改善燃?xì)忮仩t燃燒過(guò)程中釋放的氮氧化物情況，可以有效提高人們生存環(huán)境的質(zhì)量，減少環(huán)境對(duì)人們身體健康造成的威脅。

1 氮氧化物的產(chǎn)生

在燃?xì)忮仩t工作過(guò)程中，氮氧化物的來(lái)源主要分為三個(gè)方面。

1.1 熱力型氮氧化物

熱力型氮氧化物是在高溫(1 300 ℃～1 500 ℃)時(shí)氧化分解產(chǎn)生的。熱力型氮氧化物呈現(xiàn)隨溫度升高而迅速增加的特點(diǎn)，并且氧氣濃度越大，燃燒停留時(shí)間越長(zhǎng)，生成量也就越大。

1.2 快速型氮氧化物

快速型氮氧化物是由燃料揮發(fā)物中的碳?xì)浠衔锔邷胤纸獬商細(xì)渥杂苫涂諝庵械牡獨(dú)夥磻?yīng)，再進(jìn)一步與氧化反應(yīng)，以極快的速度形成的氮氧化物。這種氮氧化物的生成量與熱力型氮氧化物相比，占比量不足5%。而且在溫度低于1 300 ℃時(shí)，幾乎快速型氮氧化物沒(méi)有形成，因此在進(jìn)行燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)研究時(shí)可以忽略不計(jì)。

1.3 燃料型氮氧化物

燃料型氮氧化物是燃料中的氮氧化合物在燃燒過(guò)程中氧化形成的，但天然氣中基本不含固定氮，本文中的燃?xì)忮仩t大部分是以天然氣為燃料所以燃?xì)庑偷趸镆部梢院雎圆挥?jì)。

綜上所述，我們所研究的燃?xì)忮仩t低氮技術(shù)主要是以控制熱力型氮氧化物的產(chǎn)生為主，通過(guò)控制火焰的燃燒溫度和充分利用燃燒室的空間，而達(dá)到降低氮氧化物排放量的目的。

2 低氮燃燒技術(shù)的分類

2.1 空氣分級(jí)燃燒

當(dāng)空氣與燃料混合比例適當(dāng)時(shí)，燃料的燃燒速度較快，燃燒所達(dá)到的溫度較高。為了降低燃燒時(shí)的強(qiáng)度與火焰的溫度，可以采用將空氣與燃?xì)夥侄位旌?，分?jí)燃燒的方法，將空氣與燃?xì)膺M(jìn)行分階段混合，通過(guò)還原性的氛圍減少氮氧化合物的形成，并且過(guò)量的空氣提供了較低的空氣系數(shù)，可以使燃料完全燃燒，避免了較高的空氣系數(shù)造成的排煙熱量損失。

2.2 煙氣的再循環(huán)

煙氣的再循環(huán)是將排放的煙氣再次循環(huán)到助燃空氣中進(jìn)行重復(fù)利用的過(guò)程。通過(guò)煙氣的再循環(huán)可以有效的降低助燃空氣中的氧氣含量，并提供一定量的二氧化碳，從而達(dá)到將氧氣的含量保持在21%以下。這時(shí)助燃空氣中的氧氣含量較低，可以降低燃?xì)獾娜紵俣?，減少了單位時(shí)間內(nèi)燃?xì)忉尫诺臒崃浚瑥亩鴮?shí)現(xiàn)減少氮氧化物排放的目的。而且煙氣的再循環(huán)還可以適當(dāng)?shù)脑黾尤細(xì)馐抑械臒煔饬浚瑴p少火焰的平均溫度，也達(dá)到減少氮氧化合物排放的目的。

2.3 全預(yù)混表面燃燒

全預(yù)混表面燃燒技術(shù)對(duì)于減少小型燃?xì)忮仩t的氮氧化物排放量有著顯著的效果，首先，通過(guò)運(yùn)用全預(yù)混表面燃燒技術(shù)可以使火焰沿著金屬纖維表面進(jìn)行均勻分布，有利于形成均勻分布的溫度場(chǎng)，降低單位面積上的熱負(fù)荷。其次，金屬纖維表面燃燒時(shí)，過(guò)量的空氣可以降低火焰溫度，從而達(dá)到減少氮氧化合物排放量的目的。但是全預(yù)混表面燃燒，會(huì)造成較大的排煙量，導(dǎo)致熱量損失。并且特殊構(gòu)造的金屬纖維燃燒時(shí)容易形成堵塞，后期的清理維護(hù)工作量較大。

3 燃?xì)忮仩t低氮改造方式

就針對(duì)常見(jiàn)的燃?xì)獾偷脑旆绞蕉裕渲饕校旱偷紵骱驼w更換鍋爐和燃燒器兩種。其中，更換低氮燃燒器主要就是為了保留原有的鍋爐本體。而整體更換鍋爐和燃燒器較傳統(tǒng)的燃燒器而言，其燃燒結(jié)構(gòu)還無(wú)法與低氮燃燒技術(shù)相匹配。因此，在使用時(shí)，一般不建議利用燃燒機(jī)本身機(jī)構(gòu)所改造的燃?xì)忮仩t。

3.1 更換燃燒器

倘若鍋爐的受熱面積能夠滿足改造的實(shí)際需求且在使用時(shí)年限較短，就可采用相應(yīng)的更換燃燒器的方式來(lái)進(jìn)行改造。因此，在選擇相應(yīng)的設(shè)備型號(hào)時(shí)，首先要對(duì)受熱面即爐膛的直徑及深度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還要對(duì)鍋爐的背壓進(jìn)行了解，在此基礎(chǔ)上選擇合適的燃燒技術(shù)。

在一般情況下，對(duì)于蒸汽鍋爐的使用，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)相結(jié)合的燃燒器。因此，我們可以選用：歐科、寶爾非等品牌的產(chǎn)品。此外，對(duì)于小型低氮冷凝常壓鍋爐而言，可以選用全預(yù)混表面的燃燒技術(shù)。譬如：諾科、富爾頓等產(chǎn)品。在對(duì)燃燒器進(jìn)行更換時(shí)，應(yīng)在改造之前認(rèn)真的勘察鍋爐房的實(shí)際情況，對(duì)安裝空間進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，并了解運(yùn)輸通道的具體情況，此外還要熟悉鍋爐的運(yùn)行情況和各種參數(shù)情況，這樣就能避免在施工的過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀況不良、預(yù)估費(fèi)用不精準(zhǔn)以及施工難度大等問(wèn)題。

3.2 整體更換鍋爐

選用整體更換鍋爐方案時(shí)，不僅要選擇燃燒技術(shù)，還應(yīng)綜合的考慮鍋爐的使用安全性和經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)改造成本以及改造技術(shù)進(jìn)行全方面的考量，并在此基礎(chǔ)上確定改造方案。通常會(huì)選擇同等規(guī)格置換模式，這種模式對(duì)附屬設(shè)備、工藝管線等的改動(dòng)相對(duì)較低，能夠有效節(jié)約改造成本，減少改造時(shí)間。同時(shí)，也可依據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷對(duì)更新后的裝機(jī)容量進(jìn)行調(diào)整，這樣可以達(dá)到節(jié)約備用鍋爐投資，節(jié)約改造成本的目的。

4 改造實(shí)施中的注意事項(xiàng)

4.1 對(duì)燃?xì)獾囊?/h3>

分級(jí)燃燒技術(shù)低氮燃燒器的使用，較傳統(tǒng)燃燒器而言，其噴孔的孔徑一般相對(duì)較小且噴嘴的分配較為密集，這樣也就給燃?xì)獾墓┙o壓力提出了更高的要求。因此，在使用時(shí)，就要求根據(jù)實(shí)際情況對(duì)鍋爐房燃?xì)獾膲毫M(jìn)行調(diào)整，同時(shí)要確定燃?xì)獾臏p壓閥以及流量計(jì)能夠滿足新設(shè)備的實(shí)際要求，這樣就能充分的發(fā)揮出燃?xì)獾氖褂眯阅?。而有些燃?xì)夤?，?duì)于燃?xì)獾氖褂?，一般都采用一機(jī)一表的單獨(dú)計(jì)量模式。而在改造的過(guò)程中，倘若改變了鍋爐數(shù)量，就需要對(duì)燃?xì)庥?jì)量裝置進(jìn)行相應(yīng)的變動(dòng)，就需要對(duì)燃?xì)庾儎?dòng)手續(xù)進(jìn)行辦理。在對(duì)改造方式進(jìn)行確定的過(guò)程中要充分考慮因這個(gè)因素而造成的成本增加問(wèn)題。

4.2 低氮燃燒對(duì)爐膛尺寸的要求

超低氮燃燒鍋爐在使用時(shí)，對(duì)受熱方面的要求較高。倘若受熱面積較小，就會(huì)導(dǎo)致熱量得不到及時(shí)的散失，從而就會(huì)減緩鍋爐的吸收速度，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛的溫度過(guò)高，而無(wú)法有效的達(dá)到氮氧化物的濃度標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)假如爐膛直徑相對(duì)較小，或者爐膛較短，那么就會(huì)減小爐膛的燃燒空間，導(dǎo)致局部溫度的逐漸升高，進(jìn)而也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱力型氮氧化物的有效排放。

4.3 對(duì)風(fēng)道的要求

在使用分級(jí)燃燒技術(shù)時(shí)，其鼓風(fēng)機(jī)功率較原來(lái)的較大，這就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量和風(fēng)壓的提升，因此，對(duì)于風(fēng)道的要求，一定要充分的考慮原有設(shè)備的風(fēng)道強(qiáng)度，尤其是鋼板風(fēng)道，確保其的使用安全性和有效性。如果煙風(fēng)道強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到需求，就會(huì)導(dǎo)致震顫的發(fā)生，從而使得風(fēng)道流量界面不斷發(fā)生變化，這樣就會(huì)使得空氣的流通不穩(wěn)定，進(jìn)而也就會(huì)導(dǎo)致鍋爐喘振現(xiàn)象的發(fā)生。因此，我們就可采用有效的措施來(lái)提升整個(gè)煙風(fēng)道的強(qiáng)度，以此就能降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于工業(yè)鍋爐領(lǐng)域而言，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，低氮燃燒技術(shù)的主流技術(shù)仍然會(huì)是分級(jí)燃燒加煙氣再循環(huán)技術(shù)。但是，在民用以及商用熱水鍋爐領(lǐng)域內(nèi)，就可采用全預(yù)混凝表面燃燒技術(shù)。而隨著科技技術(shù)的不斷創(chuàng)新，低氮冷凝壁掛爐技術(shù)的使用就具有更加廣闊的發(fā)展前景。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)的品牌研發(fā)能力在不斷提高，產(chǎn)品的技術(shù)水平及質(zhì)量等也逐漸提升，這在很大程度上提升了我國(guó)國(guó)產(chǎn)品牌的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而也就有利于降低企業(yè)的改造成本，以此就能實(shí)現(xiàn)燃燒技術(shù)的有效完善，從而促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。