燃油燃?xì)忮仩t低氮燃燒及能效提升工作

胡 亮

（江西金輝鍋爐制造有限公司，江西 吉安 343000）

全國人大于2016年12月25日審議通過了《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》，并于2018年1月日實施。相關(guān)部門根據(jù)我國實際情況，制定了十三五節(jié)能減排目標(biāo)，出臺了一系列支持節(jié)能減排的政策和措施。全國各地紛紛對大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)進行修訂，特別是大幅提高了鍋爐氮氧化物（NOx）的排放限制，其嚴(yán)厲程度達(dá)到甚至超過了發(fā)達(dá)國家鍋爐煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。自2015年以來，北京等重度污染城市和地區(qū)，加速實施在用鍋爐低氮改造工程。更換低NOx燃燒器是最直接有效的方案。采用煙氣再循環(huán)燃燒方式和全預(yù)混表面燃燒等措施也是降低鍋爐煙氣NOx排放的有效方法。本文分析了鍋爐污染物排放中NOx的形成機理及減排技術(shù)措施，通過實際案例闡明大量在用鍋爐進行低氮改造的有效途徑。近日，燃油燃?xì)忮仩t低氮燃燒及能效提升工作推進會在某科學(xué)節(jié)能展示館召開[1]。

1 燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)分析

近年來國家燃?xì)馊加湾仩t發(fā)展速度迅猛，設(shè)計水平不斷提升，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有多樣化。當(dāng)前燃?xì)馊加湾仩t主要包含以下幾種結(jié)構(gòu)：其一，立式火管類型，主要應(yīng)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(jié)構(gòu)組成單一。其二，臥式火管類型，鍋爐容量在0.5t/h～20t/h，相當(dāng)于0.35MV～14MV，其結(jié)構(gòu)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(chǎn)氣快、結(jié)構(gòu)緊湊，不過此設(shè)備對于水質(zhì)的要求較高，檢修工作開展較困難。其四，臥式水管類型，此結(jié)構(gòu)屬于較普遍的爐型，整個鍋爐的容量最大可以達(dá)到29MV（50t/h）左右，檢修方便，爐型結(jié)構(gòu)較成熟。同時，燃?xì)馊加湾仩t中還包含π型散裝結(jié)構(gòu)與雙鍋橫置結(jié)構(gòu)。

2 燃油燃?xì)忮仩t低氮燃燒及能效提升工作途徑

2.1 排放

在鍋爐燃燒時，排煙煙氣中氧含量和過量空氣系數(shù)是影響熱效率的主要因素，因此需要控制鍋爐排煙含氧量和過量空氣系數(shù)，并讓燃料在最佳燃燒區(qū)充分燃燒，以便提高鍋爐熱效率。對于燃油鍋爐，應(yīng)注意燃油中含有硫（S），在燃燒過程中，會形成SO2，這會對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)注意防護。對于燃?xì)忮仩t，由于天然氣主要成分是CH4，其他成分也主要是碳?xì)浠衔?，幾乎不含硫，是一種清潔能燃料。天然氣燃燒后的主要煙氣成分是：CO2、H2O、N2、NOx。為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國大氣污染防治法》、《國務(wù)院關(guān)于加強環(huán)境保護重點工作的意見》等法律、法規(guī)，保護環(huán)境，防治污染，促進鍋爐生產(chǎn)、運行和污染治理技術(shù)的進步，國家制定了鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，增加了燃油、燃?xì)忮仩t煙塵、煙氣黑度、二氧化硫、氮氧化合物的最高允許排放濃度限值。未來的鍋爐會更加的低氮、節(jié)能、高效、環(huán)保[2]。

2.2 空氣分級燃燒

燃料和空氣在理論當(dāng)量比條件下的預(yù)混燃燒，速度快，溫度高。將燃料燃燒所需的空氣分階段與燃料混合燃燒，降低燃燒強度和火焰溫度，而且在還原性氣氛中更有利于降低NOx的產(chǎn)生。過量空氣系數(shù)約為0.8的一次空氣，對NOx的產(chǎn)生有明顯的抑制作用，剩余的二次空氣與“貧氧燃燒”條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，實現(xiàn)燃料的完全燃燒?？諝夥旨壢紵?，既可抑制NOx的產(chǎn)生，同時可使燃料在總的過量空氣系數(shù)較低的情況下完全燃燒，避免過量空氣系數(shù)偏高增加排煙熱損失。但另一方面，由于燃料與空氣的混合及流動方式不佳，造成局部積炭等不完全燃燒的現(xiàn)象，需合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3 高參數(shù)、大容量的鍋爐整裝化

隨著燃油燃?xì)忮仩t的市場比重的提升，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴大，高參數(shù)、大容量的燃油燃?xì)忮仩t的使用量不斷提升，通過強化其整裝化技術(shù)能力，減少鍋爐表面的熱量損失，提升鍋爐運行效率，滿足市場需求。其一，大容量鍋爐容易受到運輸寬度的約束，若想減少工作現(xiàn)場的工作量，提升工作效率，可以通過模塊組裝的鍋爐結(jié)構(gòu)使對流受熱面與爐膛分開，當(dāng)安裝條件具備后，再通過耐高溫的膨脹節(jié)進行連接，不僅可以滿足對流受熱面的面積流通要求和爐膛燃燒尺寸要求，還可以降低技術(shù)人員進行現(xiàn)場安裝的工作量，利用微正壓燃燒形式和膜式水冷壁結(jié)構(gòu)提升鍋爐出廠容量，提升燃油燃?xì)忮仩t的整體運行效率[3]。其二，對于中溫中壓參數(shù)類型的鍋爐，需要考慮鍋筒壁和水循環(huán)安全性。若設(shè)置π型散裝結(jié)構(gòu)，會出現(xiàn)金屬消耗量大，安裝周期較長的情況。因此，可以根據(jù)SZS快裝水管鍋爐結(jié)構(gòu)，設(shè)計新式三鍋筒水管鍋爐，克服參數(shù)高、容量小的問題，減少燃料的消耗量、安裝時間，提升設(shè)備能效。其中，新式鍋爐利用三分體結(jié)構(gòu)，其中20t/h～40t/h鍋爐主要包含省煤器、頂置汽包、鍋爐主體組件等結(jié)構(gòu)。45t/h～75t/h鍋爐主要設(shè)計成四體式結(jié)構(gòu)，包含對流管、爐膛組件、省煤器、頂置汽包等結(jié)構(gòu)。

2.4 安全性

燃油燃?xì)忮仩t的自動化程度很高，而且配有多種安全保護措施，如漏電保護即漏電自動切斷電源；過熱保護即鍋爐水溫超高達(dá)到報警溫度時，自動停止燃燒器同時警報燈響起；二次過熱保護即鍋爐外殼溫度超過設(shè)定溫度時，自動切斷二次回路，并停爐；超壓保護，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定溫度自動關(guān)閉燃燒器；水位電極棒監(jiān)測水位防止鍋爐干燒，當(dāng)鍋爐水位達(dá)到、低于極低水位時，立即停爐，避免事故。燃燒器配有熄火保護裝置，能瞬間切斷氣源，保證安全運行。

2.5 煙氣再循環(huán)

主要指將占理論空氣量約15%～25%的排放煙氣循環(huán)回到助燃空氣中，使得助燃空氣中的氧氣濃度低于21%，且含有一定量CO2。這樣會降低燃?xì)獾娜紵磻?yīng)速率，從而使燃?xì)獾娜紵龝r間延長，減少了單位空間和時間內(nèi)釋放的熱量。同時煙氣再循環(huán)將使燃燒室中的煙氣量有所增加，火焰的平均溫度也有所降低。這些都有利于抑制熱力型NOx的生成。

2.6 提升鍋爐含氧量

加強鍋爐燃燒效率的前提需要確保設(shè)備在燃燒工作中具有穩(wěn)定的二次風(fēng)供給，利用氧氣的供給量提升鍋爐的燃燒效率。

燃燒負(fù)荷需要與之對應(yīng)的氧氣含量，適當(dāng)?shù)难鯕夂靠梢詫⑴艧煋p失降到最低，提升鍋爐燃燒效率。鍋爐機組在實際運行中通過BLR會有較大的負(fù)荷波動，出現(xiàn)鍋爐內(nèi)的氧氣含量不足或遇到負(fù)氧的情況，對于鍋爐的整體燃燒效率造成嚴(yán)重的影響，對接下來的脫硫工作造成限制。因此，建議技術(shù)人員在鍋爐燃燒時側(cè)重對送風(fēng)量的調(diào)整，確保有足夠的氧氣含量來支持設(shè)備工作。

3 結(jié)語

當(dāng)前燃油燃?xì)忮仩t具有廣闊的發(fā)展空間，在激烈的市場競爭中具有核心競爭力。對于節(jié)能減排的新要求、新形勢可以促進鍋爐和系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新，極大地提升了系統(tǒng)熱效率。我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整使氣體燃料逐漸向第一能源推動，提升了節(jié)能減排的要求，促進了我國燃油燃?xì)忮仩t技術(shù)的發(fā)展。