中小型燃?xì)忮仩t低氮改造技術(shù)分析

汪魯成 張 鵬

（菏澤旭陽(yáng)鍋爐設(shè)備有限公司，山東 菏澤 274000）

1 NOx的生成機(jī)理

氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，在燃燒過程中形成的NOx主要為NO和NO2。根據(jù)燃燒中生成的NOx機(jī)理不同，主要分為“熱力型NOx”“快速型NOx”和“燃料型NOx”三種。

1）熱力型NOx。燃燒過程中，氮?dú)庠诟邷叵鲁掷m(xù)氧化生成的NOx，即為熱力型NOx。捷里道維奇機(jī)理：當(dāng)溫度低于1500℃時(shí)，熱力NOx的生成量很少；高于1500℃時(shí)，溫度每升高100℃，反應(yīng)速度將增大6-7倍，NOx的生成呈指數(shù)上升趨勢(shì)[1]。過剩空氣系數(shù)影響氧氣濃度和燃燒溫度。當(dāng)過剩空氣系數(shù)接近1.0時(shí)，NOx生成濃度最大。因?yàn)楫?dāng)過?？諝庀禂?shù)遠(yuǎn)小于1.0時(shí)，燃料過濃，氧不易與氮?dú)馍蒒O。而當(dāng)過剩空氣系數(shù)遠(yuǎn)大于1.0時(shí)，燃燒溫度降低，NO也減少。

2）快速型NOx?？焖傩蚇Ox是由于燃料中碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基，CH自由基破壞空氣中N2分子鍵，生成HCN、NH、N，再與火焰中的O、H等原子基團(tuán)反應(yīng)生成NO。HCN是快速型NOx生成化學(xué)反應(yīng)的中間產(chǎn)物。過?？諝庀禂?shù)是快速型NOx生成的決定因素，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)大于1.0時(shí)，基本不生成快速型NOx?？焖傩蚇Ox的生成量占比不足5%，不是燃?xì)忮仩tNOx排放的主要來源[2]。

3）燃料型NOx。燃油中有部分氮化合物，燃油時(shí)會(huì)生成部分燃料型NOx。煤燃燒時(shí)約75%～90%的NOx是燃料型NOx。天然氣基本不含氮化合物，因此，燃?xì)忮仩t基本不需要考慮燃料型NOx的影響。

鍋爐低氮燃燒改造主要有兩種方式，一是加裝低氮燃燒器，另一種是更換低氮排放的燃?xì)忮仩t，兩種方式均可降低鍋爐尾氣中氮氧化物濃度，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。由于加裝低氮燃燒器的改造方式投資小、工程簡(jiǎn)單、技術(shù)較成熟，多數(shù)單位采用加裝燃燒器的改造方式。

2 案例分析

某公司現(xiàn)有中小燃?xì)忮仩t五臺(tái)，燃?xì)庹羝仩t基礎(chǔ)NOx排放為80mg/m3左右，需要通過提標(biāo)改造降低至50mg/m3以下。NOx排放的控制可通過抑制熱力型和燃料型的NOx來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)燃料為天然氣時(shí)，由于天然氣氮含量較低，熱力型的NOx是唯一可在實(shí)際中被控制的成分。燃燒修正通過降低火焰溫度來實(shí)現(xiàn)，對(duì)降低熱力型NOx是最為有效的。

通過綜合評(píng)定，決定采用更換低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)的技術(shù)路線，在實(shí)現(xiàn)低氮燃燒煙氣內(nèi)循環(huán)的前提下，輔助煙氣外循環(huán)。通過摻混煙氣至空氣中降低了助燃空氣中氧的濃度，從而降低燃燒火焰溫度200℃，抑制熱力型NOx產(chǎn)生，將NOx的排放濃度降低了30mg/m3，使總的排放濃度達(dá)到上海市排放標(biāo)準(zhǔn)50mg/m3以下，最優(yōu)值可達(dá)到28mg/m3。由此可見，燃?xì)忮仩tNOx排放濃度仍具有進(jìn)一步降低的潛力可挖。

3 中小型燃?xì)忮仩t低氮改造要點(diǎn)分析

3.1 燃燒器的選型

將現(xiàn)有鍋爐燃燒器更換為低氮型燃燒器以改善爐膛內(nèi)煙氣內(nèi)循環(huán)。燃燒器選型要考慮以下4點(diǎn)。

1）燃燒火焰長(zhǎng)度、寬度、剛度尺寸是否與爐膛尺寸相匹配、深入爐膛內(nèi)部尺寸是否匹配煙氣內(nèi)循環(huán)要求，因?yàn)槿紵骰鹧孢^大會(huì)造成水冷壁直接接觸火焰而受損。以本項(xiàng)目50t/h燃?xì)忮仩t為例，爐膛尺寸長(zhǎng)11520mm，寬2600mm，高2600mm，燃燒器選型時(shí)核對(duì)燃燒火焰試驗(yàn)參數(shù)，并與鍋爐制造廠溝通取得技術(shù)匹配的認(rèn)可；

2）現(xiàn)有前墻受熱面對(duì)安裝尺寸的適配程度。采用煙氣內(nèi)循環(huán)的燃燒器需要深入一定的長(zhǎng)度，讓火焰根部形成穩(wěn)定的回流區(qū)以提高燃燒穩(wěn)定性；

3）燃燒器風(fēng)道、燃?xì)夤艿馈Ⅻc(diǎn)火電極、PLC等接口是否匹配，有差異的需要在生產(chǎn)前溝通清楚；

4）燃燒器閥組型號(hào)能否重復(fù)利用，并匹配新的燃燒器控制系統(tǒng)。

3.2 燃燒器的更換

燃燒器的更換要注意：燃燒器法蘭螺栓孔與原有鍋爐前面板螺栓孔是否匹配，防止燃燒器到場(chǎng)后裝配不上；燃燒器固定完成后，要對(duì)燃燒器與鍋爐前面板之間的間隙進(jìn)行二次密封；燃?xì)庵鞴艿篱_孔前一定要做好安全準(zhǔn)備，徹底放空燃?xì)夤苤械臍堄嗳細(xì)?，并用可燃?xì)怏w報(bào)警器在放散管處測(cè)量無(wú)誤后再進(jìn)行開孔作業(yè)，防止出現(xiàn)燃?xì)獗棘F(xiàn)象；燃燒器更換后，可能會(huì)出現(xiàn)原有燃燒器到控制柜之間的電纜（含電源線、控制線）不匹配現(xiàn)象，需要重新布線，以前的原有電纜大部分都是埋地的，如需新布線建議增設(shè)橋架，不破壞現(xiàn)有裝修地面；燃燒器控制柜與鍋爐控制柜之間的連接、鍋爐控制柜與DCS監(jiān)視系統(tǒng)的連接要充分考慮鍋爐控制系統(tǒng)匹配的完整性和可靠性。

3.3 再循環(huán)風(fēng)機(jī)的選型

再循環(huán)風(fēng)機(jī)選型要核對(duì)再循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量是否符合設(shè)計(jì)要求，原有配電系統(tǒng)由于電動(dòng)機(jī)功率的增加，其出線分配是否需要改變。

3.4 再循環(huán)煙風(fēng)道的要求

再循環(huán)煙風(fēng)道要考慮：鋼板材質(zhì)、厚度是否符合設(shè)計(jì)要求；煙風(fēng)道肋板規(guī)格、距離是否符合設(shè)計(jì)，防止震動(dòng)產(chǎn)生噪聲；再循環(huán)風(fēng)道需埋地部分，要對(duì)預(yù)制風(fēng)管進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)以確認(rèn)嚴(yán)密性，埋地鋼板風(fēng)道外部要做防腐；由于空氣與富含水蒸氣的煙氣摻混，混風(fēng)箱、風(fēng)道需設(shè)置低位自動(dòng)疏水、水封裝置。

3.5 熱控電氣系統(tǒng)的要求

熱控電氣系統(tǒng)要考慮：敷設(shè)增加的控制及動(dòng)力電纜是否滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的需求，同時(shí)根據(jù)煙氣外循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鍋爐控制邏輯要求升級(jí)改造并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整試驗(yàn)。

3.6 調(diào)試的要求

燃燒器的調(diào)試應(yīng)在燃燒器制造單位或其授權(quán)單位的技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下進(jìn)行，鍋爐使用單位應(yīng)確保無(wú)關(guān)人員不得在鍋爐附近聚集；燃燒調(diào)整主要根據(jù)中心環(huán)開度、外環(huán)開度、鼓風(fēng)機(jī)頻率確定基本燃燒情況，參考值為煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CO含量不超過10mg/m3；輔助調(diào)節(jié)再循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率、再循環(huán)風(fēng)門開度、鼓風(fēng)機(jī)開度來調(diào)節(jié)燃燒助燃風(fēng)中氧含量、風(fēng)燃比，以達(dá)到控制NOx排放值不超過50mg/m3的目標(biāo)；調(diào)試過程中要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣成分、火焰形狀和顏色，防止燃燒不穩(wěn)定造成事故，監(jiān)視煙氣中氧含量濃度不低于2.0mg/m3；調(diào)試結(jié)束時(shí)氧含量濃度推薦區(qū)間為2.0～4.0mg/m3，這樣既可保證冬夏季穩(wěn)定燃燒，又能減少煙氣熱損失，從而保障鍋爐熱效率。

4 中小型燃?xì)忮仩t低氮改造的影響

第一，鍋爐熱效率下降。由于爐膛燃燒溫度降低、輻射換熱減少、尾部煙氣流量增加、對(duì)流換熱量增加，鍋爐整體效率存在降低的可能性。

第二，燃燒器二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿的選型。進(jìn)口燃燒器通常是采用鎖緊螺栓將二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿鎖緊設(shè)計(jì)，是常規(guī)風(fēng)量風(fēng)壓下的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)方式。由于中國(guó)市場(chǎng)氮排放要求高，采用煙氣外循環(huán)技術(shù)改造的項(xiàng)目為更好地降低氮化物排放，在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)風(fēng)量風(fēng)壓都要大于歐洲標(biāo)準(zhǔn)。此外，針對(duì)鎖緊螺栓緊固方式不可靠問題，了解到二次風(fēng)門調(diào)節(jié)精度不需過小，通常卡扣式的手柄固定裝置就能將把手與刻度盤卡扣在一起做好固定，以避免風(fēng)量風(fēng)壓過大時(shí)導(dǎo)致二次風(fēng)門調(diào)節(jié)桿打滑的可能性。

第三，對(duì)燃燒的影響。燃燒調(diào)整結(jié)束后需再次確認(rèn)火焰形狀和顏色，確保火焰燃燒狀況良好。杜絕燃燒不充分出現(xiàn)積炭現(xiàn)象。黑色可燃物積聚在爐膛底部、四面水冷壁會(huì)影響鍋爐換熱效率、減少鍋爐出力，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致水冷壁流動(dòng)變慢、局部管道過熱，損傷到管道本體，可燃物積存還會(huì)形成爆燃隱患。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，鍋爐低氮改造重點(diǎn)關(guān)注鍋爐安全、環(huán)保、能效是否符合要求。燃?xì)忮仩t低氮改造的使用單位應(yīng)重點(diǎn)檢查燃燒器型式試驗(yàn)證書相關(guān)信息與實(shí)物是否一致，驗(yàn)證安全聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作可靠且不存在漏項(xiàng)，同時(shí)應(yīng)向地方特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)鍋爐外部檢驗(yàn)、鍋爐排放廢氣檢驗(yàn)檢測(cè)、鍋爐運(yùn)行工況能效測(cè)試。