燃?xì)鉄崴仩t低氮改造工程的實例分析

劉俊潔(西北政法大學(xué)后勤保障處，陜西 西安 710122)

0 引言

隨著治污降霾工作深化推進，普通燃?xì)忮仩t已不能滿足現(xiàn)有環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)陜西省生態(tài)環(huán)境廳《關(guān)于燃?xì)忮仩t低氮改造控制標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)函》(陜環(huán)函[2017]333 號)[1]，新建鍋爐氮氧化物排放濃度低于30mg/m3，在用鍋爐氮氧化物排放濃度低于80mg/m3。標(biāo)準(zhǔn)出臺后，各單位在用的燃?xì)忮仩t多數(shù)面臨低氮排放改造的問題。

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，實現(xiàn)達標(biāo)排放。由于加裝低氮燃燒器的改造方式投資小、工程簡單、技術(shù)較成熟，多數(shù)單位采用加裝燃燒器的改造方式。

1 項目概況

西北政法大學(xué)長安校區(qū)東、西鍋爐房共配置6 臺浙江特富鍋爐，其中4 臺10.5MW 熱水鍋爐，型號為WNS10.5-1.0/95/70-Q，用于整個校區(qū)冬季供暖；2 臺6t 蒸汽鍋爐，型號為WNS6-1.25-Q，用于學(xué)生日常生活熱水和食堂蒸汽，6 臺鍋爐均于2014年10月投運。改造前6 臺鍋爐氮氧化物排放濃度均在80mg/m3以上，擬更換美國布洛姆1530 系列低氮燃燒器+煙氣再循環(huán)(FGR)技術(shù)進行改造，使其達到以下標(biāo)準(zhǔn)[2]和要求：(1)改造后NOx排放濃度穩(wěn)定在30mg/m3以下，CO 排放濃度穩(wěn)定在95mg/m3以下(基準(zhǔn)氧含量3.5%)；(2)NOx及CO 排放濃度在監(jiān)測時，鍋爐負(fù)荷應(yīng)保持75%及以上，按熱水鍋爐耗氣量100m3/h/MW；(3)改造后鍋爐帶負(fù)荷能力不能出現(xiàn)明顯下降；(4)獲得政府環(huán)保專項資金補助。

2 低氮燃燒技術(shù)介紹

目前，燃?xì)忮仩t采用的低氮燃燒技術(shù)多為以下三種：燃料預(yù)混燃燒控制技術(shù)、分級燃燒控制技術(shù)和煙氣循環(huán)控制技術(shù)。根據(jù)一般工程經(jīng)驗，額定供熱量7.0MW(額定蒸發(fā)量10t/h)及以上的在用鍋爐，不建議采用燃料預(yù)混燃燒的改造方式[2]。近幾年，各單位基本采用“低氮燃燒器+煙氣再循環(huán)”組合方式，也是行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為降氮效果好且成本較低的主流方案。

2.1 低氮燃燒器

低氮燃燒器內(nèi)部，通過不同的列陣方式在橫向和縱向布滿噴嘴，將燃料和空氣分級，進而在爐膛范圍內(nèi)，燃料的燃燒就會分布的更均勻。燃燒器的縱向上形成的分散燃燒區(qū)域，可以很好的避免熱負(fù)荷過于集中，降低局部燃燒溫度，從而有效地降低NOx排放濃度[3]。此外，更換燃燒器時，不僅要考慮實際運行時帶荷能力，選擇滿足負(fù)荷能力和NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的燃燒器，同時還需要比對在用鍋爐的爐膛尺寸、爐膛結(jié)構(gòu)、內(nèi)外部連接方式及鍋爐在不同負(fù)荷下的火焰長度、配風(fēng)方式等因素。

2.2 煙氣循環(huán)控制技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)分為爐外煙氣外循環(huán)和爐內(nèi)煙氣內(nèi)循環(huán)。煙氣外循環(huán)的工作原理是回用煙道中一定量的高溫飽和煙氣，通過連接管道與鍋爐機頭鼓風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)中的室溫空氣混合后進入燃燒器，降低燃燒速度、燃燒溫度和進氧含量，從而降低NOx排放濃度[4]；煙氣內(nèi)循環(huán)的工作原理是依靠燃?xì)獾母咚賴娚淞魉倬砦邷責(zé)煔?，在爐內(nèi)形成內(nèi)回流，部分煙氣會在燃燒器內(nèi)再次被循環(huán)利用，從而降低NOx排放濃度。

3 改造方案及運行效果

3.1 改造方案

采用分級燃燒技術(shù)(空氣分級、燃?xì)夥旨墶⒒鹧娣旨?、煙氣循環(huán)技術(shù)(FGR)及精準(zhǔn)的燃燒控制技術(shù)進行低氮改造。

西北政法大學(xué)4 臺10.5MW 燃?xì)鉄崴仩t，型號為WNS10.5-1.0/95/70-Q，爐膛尺寸為Φ1600×14×5320，氮氧化物排放濃度在100～120mg/m3，改造選用美國布洛姆1530-037F 系列低氮燃燒器，低氮改造示意圖如圖1 所示。

2 臺6t 燃?xì)庹羝仩t，型號為WNS6-1.25-Q，爐膛尺寸為Φ976×12×3883，氮氧化物排放濃度在110～125mg/m3，改造選用美國布洛姆1530-016F 系列低氮燃燒器，低氮改造示意圖如圖2 所示。

(1)調(diào)整燃燒器安裝尺寸。新更換的低氮燃燒器的安裝口尺寸略大于原燃燒器，因此安裝前對原鍋爐爐墻開口尺寸進行擴口改造，并根據(jù)新的低氮燃燒器工作參數(shù)、火焰燃燒方式，重新核算鍋爐爐膛內(nèi)部受熱面、內(nèi)部耐熱混凝土的熱負(fù)荷能力及燃?xì)夤┙o管道走向。

(2)安裝煙氣再循環(huán)管道。從鍋爐節(jié)能器后端的煙氣管道上開口，安裝煙氣再循環(huán)管道，直至助燃風(fēng)機。通過PLC 控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)抽取的煙氣量，與助燃風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)中的室溫空氣混合后進入燃燒器。煙氣再循環(huán)管道需做好保溫，并在管道的轉(zhuǎn)彎處加裝冷凝水收集裝置。

3.2 改造后運行效果

通過更換低氮燃燒器+煙氣再循環(huán)的該種方案改造后，6 臺鍋爐負(fù)荷在75%及以上時，監(jiān)測的氮氧化物排放濃度均在30mg/m3以內(nèi)。2019年3月，環(huán)保局委托第三方檢測公司對鍋爐氮氧化物排放濃度進行復(fù)驗，復(fù)驗結(jié)果均達到30mg/m3以下的排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 10.5WM燃?xì)鉄崴仩t改造示意圖

圖2 6t燃?xì)庹羝仩t改造示意圖

通過比較2017～2018年和2018～2019年兩個供暖季熱水鍋爐運行耗氣量，單位供暖面積的耗氣量增加約為6%。

4 改造和運行中出現(xiàn)的問題及建議

西北政法大學(xué)長安校區(qū)6 臺燃?xì)忮仩t于2018年10月30日改造完成，已通過主管部門驗收。改造和運行過程中需要注意以下問題。

(1)燃燒器尺寸匹配問題。改造前，應(yīng)確認(rèn)新選用的燃燒器安裝尺寸與鍋爐爐墻的開口尺寸是否一致。如果不一致，需重新核定低氮燃燒器的供氣參數(shù)、鍋爐爐膛內(nèi)部受熱面、內(nèi)部耐熱混凝土的熱負(fù)荷能力等參數(shù)是否與鍋爐匹配，采取更換燃燒器、調(diào)整爐墻開口等措施，確保低氮燃燒器與鍋爐緊密連接，不留隱患。

(2)燃燒狀態(tài)不穩(wěn)定。運行過程中，為降低NOx排放濃度，需要調(diào)整過量空氣系數(shù)，但過量空氣系數(shù)調(diào)整的過低時，鍋爐整體的燃燒狀態(tài)就不穩(wěn)定，甚至?xí)铀貼Ox的形成。因此，更換低氮燃燒器后，要重視鍋爐本體與低氮燃燒器的調(diào)試工作，通過運行鍋爐，以運行效果為導(dǎo)向，找到最佳燃燒狀態(tài)，并記錄相關(guān)參數(shù)，方便后期運管。

(3)冷凝水產(chǎn)生的影響。由于改造時在爐體外部加裝煙氣再循環(huán)管道，運行中會從煙道中抽取一定量的高溫飽和煙氣，當(dāng)室溫過低時，與鍋爐機頭鼓風(fēng)機送風(fēng)系統(tǒng)中的室溫空氣混合后，會形成冷凝水，過量的冷凝水析出會對燃燒器的正常運行產(chǎn)生不良影響。經(jīng)觀測研究發(fā)現(xiàn)，在12月、1月運行時，冷凝水產(chǎn)生量最大；3月起運行時，幾乎不產(chǎn)生冷凝水。因此，建議在鼓風(fēng)機吸風(fēng)口前加裝空氣預(yù)熱器，提高進風(fēng)溫度，降低循環(huán)煙氣與進風(fēng)溫差[5]，緩解冬季冷凝水對燃燒器的不利影響。

(4)噪音影響。改造前燃燒器的鼓聲系統(tǒng)采用地埋式風(fēng)道，進風(fēng)口在爐體尾部，通過消音罩處理后，運行過程中產(chǎn)生的噪音影響很小。但改造后，加裝的低氮燃燒器助燃風(fēng)機一般設(shè)計在機頭旁邊，這就對消音裝置提出了更高的要求。因此，在選擇消音設(shè)施時，不僅要注重設(shè)施的消音、隔音效果，還要保證各類閥組及燃?xì)夤艿辣阌诰S修。此外，風(fēng)機在工作中會不斷的震動，可能會對周邊設(shè)備的基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，造成局部固定鉚釘出現(xiàn)松動的現(xiàn)象，鍋爐使用中需定期進行巡檢維護。

(5)管線及閥組安裝易于檢修。鍋爐屬于一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，長期運行難免出現(xiàn)各種各樣的故障。因此，改造過程中要格外注重設(shè)備設(shè)施維修的方便性和可操作性。燃燒器的助燃風(fēng)機、燃起執(zhí)行器、FGR 接口、各類閥門及燃?xì)夤艿腊惭b時，應(yīng)充分考慮安裝位置、數(shù)量、形式，方便后期鍋爐維修拆卸。

此外，燃?xì)夤┙o管道需要調(diào)整時，禁止改造單位、施工單位和個人私自改動，應(yīng)報由當(dāng)?shù)毓夤芾聿块T，由其組織實施。因此，施工組織時應(yīng)提前做好外部銜接，以免延誤工期。

5 結(jié)語

西北政法大學(xué)長安校區(qū)的6 臺燃?xì)忮仩t通過更換低氮燃燒器改造，采用分級燃燒技術(shù)(空氣分級、燃?xì)夥旨墶⒒鹧娣旨?、煙氣循環(huán)技術(shù)(FGR)實現(xiàn)氮氧化物排放濃度控制在30mg/m3以內(nèi)，達到陜西省生態(tài)環(huán)境廳《關(guān)于燃?xì)忮仩t低氮改造控制標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)函》(陜環(huán)函[2017]333 號)標(biāo)準(zhǔn)。本次鍋爐低氮改造工程的實施，不僅促進了校園節(jié)能減排工作更上新臺階，同時也為營造綠色環(huán)保校園治、污降霾保衛(wèi)藍(lán)天工作做出重要貢獻。