燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計方案及其應用探討

畢亞超

摘 要：本文結(jié)合燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計中所面臨的理論技術(shù)問題，對其具體改造設(shè)計的方法和步驟進行分析，并結(jié)合實例，進行燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計應用分析。

關(guān)鍵詞：燃氣鍋爐;增容設(shè)計;低氮燃燒;改造;應用

隨著全球所面臨的生態(tài)環(huán)境與資源問題日益突出，為順應國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標要求，對工業(yè)生產(chǎn)中的廢氣污染排放要求和標準也日益提高，在這種情況下，燃氣鍋爐燃燒的污染氣體排放所面臨的要求和標準也越來越高。另一方面，結(jié)合燃氣鍋爐燃燒運行的技術(shù)研究及鍋爐系統(tǒng)改造現(xiàn)狀，由于天然氣燃料本身的較高燃燒效率與低污染排放特點，使其在電力、化工以及工業(yè)燃燒、冶金等行業(yè)領(lǐng)域中均有著較為廣泛的應用，而當前我國的鍋爐燃燒氣體污染排放有關(guān)標準中，明確指出對新建燃氣鍋爐燃燒排放氣體中氮氧化物含量要求低于30mg/m3，在這一標準下，不僅對新建燃氣鍋爐的燃燒運行氮氧化物排放要求更加嚴格，同時也面臨著較多的已建燃氣鍋爐的低氮燃燒改造問題。此外，由于燃氣鍋爐的設(shè)計與建設(shè)中，多數(shù)鍋爐系統(tǒng)均留有一定的容量擴展空間，需要在鍋爐系統(tǒng)的增容擴建中結(jié)合其整體情況進行客觀評價，從而開展科學和合理的設(shè)計，以滿足鍋爐系統(tǒng)的改造需求。因此，圍繞燃氣鍋爐的增容與低氮燃燒改造設(shè)計進行研究，并結(jié)合其在實際中的應用情況進行論述，具有十分積極的作用和意義。

1燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計的方案分析

1.1燃氣鍋爐的增容設(shè)計方案

在進行燃氣鍋爐的增容擴展設(shè)計中，一般情況下，需要結(jié)合燃氣鍋爐的實際情況，對其鍋爐系統(tǒng)的現(xiàn)有條件以及進行增容設(shè)計后的各項參數(shù)情況進行綜合評價，以進行科學與合理的設(shè)計和分析。根據(jù)燃氣鍋爐增容設(shè)計的具體操作步驟，其主要設(shè)計內(nèi)容及流程表現(xiàn)如下。

1）進行燃氣鍋爐增容設(shè)計前，應對需要增容設(shè)計鍋爐的現(xiàn)有汽包以及受熱面等主設(shè)備情況進行評估，以判斷其是否能夠滿足鍋爐增容設(shè)計的需求。其中，對燃氣鍋爐的現(xiàn)有蒸發(fā)受熱面增容設(shè)計潛力進行判斷，需要通過進行鍋爐的爐膛熱負荷計算，然后在具體設(shè)計中通過對鍋爐的蒸發(fā)受熱面或者是節(jié)能設(shè)備進行增加設(shè)置，以促進鍋爐的蒸發(fā)受熱面增加。此外，通過對燃氣鍋爐的現(xiàn)有汽包的汽水分離能力與強度計算，能夠針對設(shè)計中對鍋爐的汽水分離器進行改動設(shè)計或者是通過對汽包的整體更換等不同方案進行考慮與確定。

2）在完成上述增容改造設(shè)計與分析的內(nèi)容后，就需要進行燃氣鍋爐的增容量以及鍋爐增容受熱面布置方案初步設(shè)計，并結(jié)合其具體設(shè)計的方案和內(nèi)容，進行增容后的燃氣鍋爐運行熱力校核和計算，并對鍋爐的受熱面布置方案進行調(diào)整，確保增容改造后的鍋爐燃燒運行中各汽水參數(shù)與減溫水量符合有關(guān)要求和標準。此外，該設(shè)計環(huán)節(jié)中，還需要根據(jù)燃氣鍋爐的增容量與增容受熱面布置初步設(shè)計方案，對鍋爐的尾部受熱面進行調(diào)整。

3）進行燃氣鍋爐增容改造后的各級受熱面水動力以及爐膛壁溫校核，并進行設(shè)計和分析，以確保鍋爐系統(tǒng)運行中的水循環(huán)流量分配較為均勻，并且鍋爐的各級受熱面壁溫滿足有關(guān)安全標準。此外，該設(shè)計過程中，還需要對鍋爐的各級受熱面汽水阻力進行計算，以實現(xiàn)增容改造后的鍋爐給水泵是否能夠滿足其系統(tǒng)運行的需求判斷。

4）由于鍋爐增容設(shè)計中，在確定其增容后的蒸汽出口參數(shù)與品質(zhì)無改變情況下，會出現(xiàn)一定的鍋爐汽包與各級集箱壓力稍微升高變化，針對這一情況，為確保對燃氣鍋爐的增容設(shè)計合理，就需要對鍋爐汽包以及各集箱的強度進行校核計算，確保其符合有關(guān)安全要求和標準。

5）對燃氣鍋爐的增容設(shè)計，還需要對鍋爐的現(xiàn)有燃燒器情況進行評價，以對其燃燒器運行的負荷以及能否滿足鍋爐系統(tǒng)燃燒排放標準等進行判斷，同時針對燃氣鍋爐的現(xiàn)有風機及其風道進行校核計算，對其風量與壓頭能夠滿足鍋爐的增容設(shè)計需求等進行評價。此外，還需要開展鍋爐煙風側(cè)分析與設(shè)計，以滿足其增容設(shè)計的各項要求。

1.2燃氣鍋爐低氮燃燒改造設(shè)計方案

在進行燃氣鍋爐的低氮燃燒改造設(shè)計中，由于燃氣鍋爐燃燒運行中所產(chǎn)生的氮氧化物等污染氣體主要為熱力型，而導致熱力型氮氧化物產(chǎn)生的主要因素，則包括燃燒所需的空氣以及燃燒溫度等。根據(jù)這一情況，在進行燃氣鍋爐低氮燃燒改造設(shè)計中，就需要通過燃氣鍋爐燃燒運行的燃料與助燃空氣混合的優(yōu)化，并合理降低鍋爐爐膛的局部高溫，來促進鍋爐燃燒過程中的氮氧化物生成控制。

結(jié)合上述對燃氣鍋爐低氮燃燒改造設(shè)計技術(shù)方案的分析，由于當前燃氣鍋爐燃燒運行所采用的燃燒器是以分級分段燃燒與濃淡燃燒、低氮再循環(huán)等低氮燃燒技術(shù)為主，它雖然能夠在一定程度上實現(xiàn)鍋爐燃燒的氮氧化物生成控制，但是受燃煤鍋爐技術(shù)模式限制，在具體燃燒運行中仍未實現(xiàn)燃氣和助燃空氣充分混合，并且爐膛內(nèi)局部高溫區(qū)域仍大量存在，因此，并不能滿足現(xiàn)有的燃氣鍋爐燃燒運行節(jié)能與環(huán)保要求和標準。另一方面，在對燃氣鍋爐進行增容設(shè)計后，由于其爐膛熱負荷明顯升高，因此，在對燃氣鍋爐的低氮燃燒改造設(shè)計中，利用燃氣和空氣之間的多分級結(jié)構(gòu)，并結(jié)合較為特殊的燃氣噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠在燃氣燃燒中呈現(xiàn)亞音速強弱旋流狀態(tài)，從而實現(xiàn)和三次旋流、四次直流風之間的強弱旋對沖形成，以達到一種超級混合效果，對燃氣鍋爐燃燒過程中的燃氣與助燃空氣充分混合需求進行滿足，并實現(xiàn)爐膛局部高溫消除，從而滿足其低氮燃燒改造設(shè)計與運行的需求。

2應用實例

根據(jù)上述對燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計方案的分析，為實現(xiàn)該設(shè)計方案的可行性驗證，以某燃氣鍋爐改造設(shè)計工程為例，該燃氣鍋爐為75t/h的中壓自然循環(huán)鍋爐系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用Ⅱ型布置，鍋爐爐膛為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，單層設(shè)置有4只燃燒器呈四角切圓布置。此外，該鍋爐系統(tǒng)的過熱蒸汽出口壓力設(shè)計為3.82MPa，爐膛燃燒溫度設(shè)計為450℃，對鍋爐燃燒運行中的過熱蒸汽溫度通過噴水減溫器進行控制，而噴水減溫器則設(shè)置在鍋爐系統(tǒng)的高溫過熱器入口部位。鍋爐的省煤器為光管式，呈兩段布置，空氣預熱器則為熱管式，設(shè)置在鍋爐的尾部煙道出口部位;整個鍋爐系統(tǒng)中采用單汽包設(shè)計，其汽包內(nèi)徑與長度分別為1500和6440mm，同時采用直徑為290mm的22只旋風分離器作為鍋爐系統(tǒng)的分離裝置，單個旋風分離器的最大允許負荷值為3.5t/h，對其二次分離主要設(shè)置在鍋爐汽包的頂部，為V型的鋼絲網(wǎng)分離器。

根據(jù)上述燃氣鍋爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其各項參數(shù)設(shè)置，結(jié)合上述鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計方案，通過對上述鍋爐的現(xiàn)有條件評估，并結(jié)合鍋爐系統(tǒng)的各項參數(shù)設(shè)置進行計算分析后，實現(xiàn)該鍋爐的增容設(shè)計具體方案明確，并對其進行增容擴展和改造設(shè)計，然后結(jié)合鍋爐的增容設(shè)計情況，進行低氮燃燒改造設(shè)計后，根據(jù)該鍋爐系統(tǒng)改造后的運行和使用情況，整體表現(xiàn)較為良好。由此可見，按照上述設(shè)計方案進行燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計應用，效果較為顯著。

3結(jié)束語

總之，對燃氣鍋爐增容與低氮燃燒改造設(shè)計方案及其應用進行研究，有利于促進燃氣鍋爐增容擴展與低氮燃燒改造設(shè)計的水平提升，從而滿足燃氣鍋爐運行的低氮排放標準，減少其燃燒排放氣體的氮氧化物含量，并促進燃氣鍋爐燃燒運行的節(jié)能與環(huán)保效益進一步提升，推進其在各行業(yè)領(lǐng)域中的更好應用，具有十分積極的作用和意義。

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