淺談低氮燃燒器改造后對鍋爐運行的影響

李任華 何海濤

摘要：計入新時代以來，由于社會的快速發(fā)展，帶動了我國科學技術水平的進步，新技術的運用越來越廣泛，低氮燃燒技術作為一項符合綠色生產理念的新技術，也在不斷地進行改造。本文分析了低氮燃燒技術，簡單分析了低氮燃燒器，并且重點對低氮燃燒器的改造和對鍋爐運行的影響進行了探討，主要體現在六方面，包括穩(wěn)定性、內部環(huán)境、再熱氣溫、結焦、可燃物及運行效率，旨在能為進一步科學、合理地改造低氮燃燒器提供一份建議。

關鍵詞：低氮燃燒器;改造;鍋爐運行

引言

企業(yè)中燃氣鍋爐的污染排放問題一直為人詬病，其排放產物氮氧化物及二氧化硫等是造成大氣污染的主要誘因，而氮氧化物對人類健康的危害也已人盡皆知。隨著國家加大環(huán)境保護力度，追求降低氮氧化物排放量、提高居民生活環(huán)境質量的目標已刻不容緩。為了使鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達到國家標準，本文對燃氣鍋爐的超低氮燃燒器技術進行了應用研究，以期實現了降低氮氧化物排放濃度的目標。

1燃油燃氣鍋爐結構分析

近年來國家燃氣燃油鍋爐發(fā)展速度迅猛，設計水平不斷提升，產品結構具有多樣化。當前燃氣燃油鍋爐主要包含以下幾種結構：其一，立式火管類型，主要應用在0.35MV（0.5t/h）及以下的小容量鍋爐，優(yōu)勢是占地面積較小、結構組成單一。其二，臥式火管類型，鍋爐容量在0.5～20t/h，相當于0.35～14MV，其結構較為緊湊，便于工作人員進行檢修。其三，立式水管類型，其鍋爐容量為2.8MV（4t/h），產氣快、結構緊湊，不過此設備對于水質的要求較高，檢修工作開展較困難。其四，臥式水管類型，此結構屬于較普遍的爐型，整個鍋爐的容量最大可以達到29MV（50t/h）左右，檢修方便，爐型結構較成熟。同時，燃氣燃油鍋爐中還包含π型散裝結構與雙鍋橫置結構。

2低氮燃燒技術

2.1燃料分級燃燒

它是指將燃料分成幾股燃料流，然后讓這幾股燃料流在燃燒區(qū)進行燃燒反應，把75%～80%的燃料流放入到主要燃燒區(qū)加富氧進行富氧燃燒，將剩下的20%～25%送到再燃燒區(qū)進行缺氧燃燒，這樣在主燃燒區(qū)的產物NOX被還原，從而減少氮的排放量。

2.2對燃燒空氣的預處理

其一，高溫空氣燃燒技術，屬于深度、溫和低氧稀釋性燃燒，可以使燃料在低氧的環(huán)境中處于穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。其中低氧環(huán)境指的是空氣中含有2%～20%的氧氣。相較于傳統燃燒技術，高溫空氣燃燒技術可以減少約70%的NOx排放量。大量實驗數據顯示，在高溫環(huán)境中燃燒空氣，其預熱溫度和氧氣的濃度均會對NOx的排放量產生一定的影響：一般來說，NOx的排放量會隨著空氣預熱溫度的提升而增加，同時氧氣濃度的上升會使火焰峰值溫度變大，增加NOx的排放量。其二，柔和燃燒技術，又名無焰氧化技術或無焰燃燒技術。此技術的原理是在燃燒中混合物的自然溫度應高于最大的溫升燃燒反應。經過試驗顯示，射流速度提升會導致煙氣的回流比和卷吸率升高，減少火焰的峰值溫度，降低NOx的排放量。不過柔和燃燒技術具有一定的劣勢，只能在排煙溫度較高的情況下利用爐外的空氣預熱和爐內的高溫煙氣回流方法來實現。

2.3煙氣再循環(huán)技術

煙氣再循環(huán)技術是將煙氣通入到火焰區(qū)域當中，以此來促使燃燒溫度降低，并且通過加入煙氣來促使O2分壓得以降低，以此來使得熱力型NOx的反應減弱，NOx的生成量降低，煙氣再循環(huán)技術包括外部煙氣再循環(huán)與內部煙氣再循環(huán)兩種。其中，外部煙氣再循環(huán)的結構示意圖如圖1所示，其反應過程為煙氣由燃氣鍋爐出口經過一外部管道而接入到燃燒器空氣入口，由燃燒器重新進到鍋爐膛內而進行燃燒過程，通過實驗證實，利用外部煙氣再循環(huán)能夠將燃氣鍋爐NOx生成量降低70%左右;內部煙氣再循環(huán)指的是通過合理設計燃燒器與爐膛的結構，來促使爐膛內的煙氣回流至燃燒區(qū)域而參與燃燒反應，在工業(yè)應用中可以借助高速噴射火焰的卷吸作用等來實現內部煙氣再循環(huán)。燃氣再循環(huán)技術應用起來比較簡便，但是其燃燒穩(wěn)定性較差，并且會在一定程度上降低鍋爐效率。

2.4貧燃預混燃燒技術

貧燃預混燃燒技術指的是先將燃料與過量空氣進行充分混合，再將混合氣體通入鍋爐里面，然后點火進行燃燒。利用貧燃預混燃燒技術可以確保燃料得以充分燃燒，通過注入過量的空氣可以促使燃燒溫度降低，以此來降低NOx的生成量，已有實踐證明，此工藝技術通過對燃燒溫度進行調控，最高能夠使NOx的生成量降低85%左右。因該工藝是在偏離理論空氣量情況下燃燒，所以燃燒過程極不穩(wěn)定，易出現振蕩燃燒與火焰吹熄等現象，同時，該工藝的實際運行條件極為嚴苛，一旦操作不當，則有可能引發(fā)爆炸事故，故一般對于容量在20t/h以上的工業(yè)鍋爐，該技術不再適用。

2.5熱電聯產技術

當前大多數燃油燃氣鍋爐應用于單一發(fā)電或者供熱環(huán)境中，尚未實現科學的梯級運用，綜合使用能效較低。熱電聯產技術可以利用管網換熱站進行換熱工作，再將熱水向用戶供給或者直接供應蒸汽，充分利用蒸汽熱量，提升機組熱效率。結合多種近汽參數將全廠的熱效率由之前的30%～40%提升到70%～80%。例如丹麥地區(qū)已經將熱電聯產技術作為能源計劃的基礎，此技術的發(fā)電量可以達到總發(fā)電量的30%，芬蘭地區(qū)的占比甚至達到70%，成為當今節(jié)能提效的主要技術。

3低氮燃燒器改造對鍋爐運行的影響

3.1對鍋爐燃燒時穩(wěn)定性的影響

鍋爐的穩(wěn)定性體現在很多方面，其最主要的體現是在溫度的穩(wěn)定性以及運行過程中的穩(wěn)定性上。低氮燃燒器在一次噴風口安裝了濃淡組合，而且利用熱回流接力燃燒等技術，在燃燒過程中根據熱力與動力不對稱原理進行設計，使噴口處的煤粉熱解后與鍋爐中心的復合射流大渦進行連接，熱回流碳粉的較高回流率使停留時間變長，提高了環(huán)渦內燃燒產生的熱量，使溫度升高影響著鍋爐的運行;低氮燃燒器的改造又在氧氣的數量上進行了控制，在燃燒過程中氧氣需要滿足燃燒條件產生熱量，由于氧氣數受到了控制熱量的產生也就受到了抑制，從而影響著鍋爐的運行。兩種運行方式的存在影響著鍋爐的穩(wěn)定運行。

3.2對鍋爐再熱氣溫的影響

低氮燃燒器在改造后將原來的燃燒器標高下移，對再熱氣溫有很大的影響，低氮燃燒器改造后由于機組協調緩慢的問題使得鍋爐壓力的跟蹤調整跟不上，容易造成超調現象，使得氣溫的變化幅度變大。改造后的低氮燃燒器有一組擺動火嘴，當噴口向上擺動蒸汽的溫度會上升，噴口向下擺動時溫度會下降，但因為只有一組搖動火嘴所以溫度調整速度受限，調整的時間過長加上風次配比受到低氧條件的控制，影響著機器的效率。為了保證鍋爐出口溫度在規(guī)定范圍內低負荷，需要使用制粉系統，這樣又會導致受熱面溫度過高，很難再不超溫的情況下還能保持出口溫度保持在規(guī)定范圍內，影響著鍋爐的運行。

結語

綜上所述，鍋爐在運行時，其性能優(yōu)劣會受到很多因素的影響，雖然低氮燃燒器改造對鍋爐的運行有著一定的影響，但為使能源清潔，并且減少對環(huán)境的危害，還是需要結合實際優(yōu)化對低氮燃燒器的改造，也可以通過規(guī)范低氮燃燒器改造過程，提高鍋爐運行可靠性，從整體上提高低氮燃燒器改造技術。

參考文獻

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