燃氣工業(yè)鍋爐低氮改造技術和運用分析

李琦 正大食品企業(yè)（秦皇島）有限公司

最近幾年，天然氣逐漸取代了燃煤，在工業(yè)鍋爐中有非常廣泛的應用。天然氣屬于清潔能源，但燃燒會產(chǎn)生NOx，使PM2.5升高，影響空氣質量。如果燃氣鍋爐NOx的排放標準降至30 mg每立方米，那么就會最大程度地降低NOx的排放。故抑制燃氣鍋爐內NOx的排放，便是現(xiàn)階段環(huán)保工作的關鍵點，必須加以重視。

一、低氮燃燒技術

現(xiàn)階段相對成熟的低氮燃燒技術主要分為分級燃燒、煙氣再循環(huán)與全預混表面燃燒、水冷預混等各項技術。

（一）分級燃燒

分級燃燒主要就是將燃燒室中劃分成富燃料燃燒區(qū)以及貧燃區(qū)。與富燃料燃燒區(qū)中相比，在貧燃區(qū)中增加大量的空氣，便屬于貧燃燃燒。這樣的分區(qū)能夠進一步的延長燃料與空氣之間充分混合所需要的時間，以此來降低火焰中心最高狀態(tài)的溫度，讓爐內的溫度能夠均勻的分布,進而避免出現(xiàn)局部高溫的問題,進一步的降低NOx的實際生成量。利用分級燃燒能夠讓系統(tǒng)內部過量的空氣系數(shù)始終保持定值，這也是現(xiàn)階段使用最為廣泛的一項低氮燃燒控制技術。

（二）煙氣再循環(huán)技術

抽取出15%到20%的煙氣和助燃空氣充分混合之后，將其送入到爐膛中，開始二次燃燒。煙氣會將混合氣中的氧濃度進一步稀釋，同時能夠產(chǎn)生熱量吸收體的積極作用，避免出現(xiàn)燃燒溫度過高的問題，進而產(chǎn)生NOx的抑制作用。煙氣再循環(huán)是能夠有效降低氮氧化物排放的一項技術,在燃氣燃燒器中具備顯著的使用效果。

（三）全預混表面燃燒技術

首先讓燃料和空氣處于燃燒室之前的文丘當中完全的充分混合,隨后送至由鐵鉻鋁合金所制成的金屬纖維網(wǎng)狀的特殊燃燒頭中，讓火焰處于透氣均勻化金屬纖維織物表面完全的燃燒。均勻的透氣性與充分的預混，讓燃燒能夠穩(wěn)定，溫度能夠均勻分布，阻礙局部高溫區(qū)的產(chǎn)生，從而一定程度上的抑制熱力型NOx的產(chǎn)生。選擇表面燃燒技術的時候，處于低負荷狀態(tài)下，可燃氣體處于金屬織物當中燃燒的時候，織物會加熱到白熾狀態(tài)，熱量會用紅外輻射的方式完成釋放。處于高負荷狀態(tài)下,可燃混合物處于織物中燃燒，燃燒火焰呈現(xiàn)藍色,而熱量會以對流方式完成釋放。全預混型燃燒的優(yōu)勢在于燃燒強度較高，火焰短且設備體積較小。

（四）水冷預混技術

水冷預混技術主要基于貧燃預混，增添了熱媒水冷卻火焰技術。水冷預混燃燒技術中火孔面主要由若干個火孔板構成，能夠一定程度上的降低火孔板因為溫度不斷升高進而造成的熱應力變形問題。在火孔板中設置冷卻水管，利用冷卻水將火孔板當中的熱量帶走，從而降低火孔板實時溫度，降低熱力型NOx的生成，同時能夠在一定程度上避免火孔板由于溫度太高造成的可燃氣體混合物的回火問題。

二、燃氣工業(yè)鍋爐低氮改造方案的選型

燃氣鍋爐低氮的改造方式包括兩種，第一就是保留原來的鍋爐，只將低氮燃燒器更換。第二就是鍋爐和燃燒器全部更換，考慮到舊燃燒器實際燃燒結構和低氮燃燒技術之間無法完全匹配，一般情況下不改造燃燒機整體結構。

（一）更換燃燒器

如果鍋爐投入使用的時間相對較短，同時受熱面積能夠充分的滿足改造的相關要求，那么就可以選擇更換燃燒器的方式。進行設備的選型時,首先應當進行爐膛直徑與深度的測量，掌握鍋爐的背壓參數(shù)，從而便于選擇合適的燃燒技術。一般情況下，承壓鍋爐特別是蒸汽鍋爐，最優(yōu)先的選擇是分級燃燒，參考煙氣再循環(huán)的相應燃燒器，例如利雅路與寶爾菲等系列產(chǎn)品。小型化低氮冷凝常壓鍋爐一般選擇全預混表面燃燒技術，例如富爾頓以及中禾葆藍等系列的產(chǎn)品。在改造之前還應當進行鍋爐房的現(xiàn)場勘探，測量安裝空間，掌握運輸通道的實際情況,同時掌握鍋爐運行狀態(tài)與相關參數(shù)，防止后期施工出現(xiàn)設備難以進場或者預算超支等問題。

（二）整體更換鍋爐

選擇整體更換鍋爐，設置燃燒器的改造方案，不僅應當選取燃燒技術，還應當充分地考慮可靠性、經(jīng)濟性與穩(wěn)定性等關鍵性要素，綜合考慮改造技術和改造成本，進而確定相應的改造方案。普遍情況下,一般選擇等規(guī)格進行置換的方式，例如原來鍋爐房中安裝2臺規(guī)格為5.6MW的鍋爐，在更換之后依然選擇2臺規(guī)格為5.6MW的鍋爐，這樣的改造方式對附屬設備與工藝管線等部分有較小的改動，能夠一定程度上的減少改造成本和改造工期。還能夠按照使用的實際熱負荷，再調整更新之后的裝機容量。例如：某小區(qū)的供熱面積有4萬平方米，原來設置了4臺規(guī)格為1.4 MW的熱水鍋爐，其中一臺是備用。而改造方案中選擇8臺規(guī)格為500kW的低氮冷凝鍋爐，其中互為備用，能夠節(jié)約備用鍋爐成本投資，減少改造成本。在因環(huán)境因素不適用承壓鍋爐的各個鍋爐房中，可以選擇水冷預混系列低氮冷凝真空型的鍋爐，與原來鍋爐房內部承壓熱水系統(tǒng)之間有效銜接，以此來降低改造投入的成本。例如：某物業(yè)公司有23個鍋爐房，多數(shù)在地下室中，倘若選擇承壓鍋爐，便會造成安全隱患，因此改造時選擇真空型的鍋爐，確保改造的效果。

結束語：綜上所述，工業(yè)鍋爐生產(chǎn)中，分級燃燒、煙氣再循環(huán)技術等技術必將成為低氮燃燒技術的主流。而民用商用型熱水鍋爐則主要選擇全預混表面燃燒技術，能夠實現(xiàn)分戶計量供暖模式。隨著我國科學技術的不斷進步，低氮燃燒技術性能會逐漸的提升，改造成本進一步的降低，促進燃燒技術不斷向更為完善的方向發(fā)展。燃氣鍋爐低氮改造工程對大氣環(huán)境治理發(fā)揮著關鍵性的作用。