鍋爐低氮改造關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)分析

韓家才

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，天津 300050）

隨著我國科技的不斷進(jìn)步及研究的不斷深入，在燃料燃燒的領(lǐng)域中，燃料一直是能量的重要來源，但是在如今研究階段中，燃燒的利用效率不僅低下，而且在其燃燒的過程中甚至?xí)a(chǎn)生大量的有害氣體，比如氮氧化物，這對我們生存的環(huán)境造成了一定的污染。為了更好的解決這一問題，燃料在經(jīng)過燃燒之后，必須要經(jīng)過科學(xué)的處理，才能夠降低污染物的排放含量。隨著環(huán)境意識的不斷增強(qiáng)，國家環(huán)保部門也是連續(xù)出臺了各項保護(hù)環(huán)境的政策，于是對燃料燃燒技術(shù)提出了更高的要求，因此合理改造低氮燃燒技術(shù)，能夠有效的提高燃料燃燒的效率，更能夠起到保護(hù)環(huán)境的作用，因此在鍋爐工作運行的過程中，加強(qiáng)低氮燃燒技術(shù)的改造是勢在必行的。

1 低氮燃燒技術(shù)

低氮改造主要是在鍋爐的源頭和鍋爐的尾部進(jìn)行的，簡單的來說就是控制好燃燒過程、處理好煙氣排放，對于鍋爐燃燒工作中，低氮燃燒技術(shù)是常用的控制處理方法，根據(jù)氮氧化物的生成原理，要想在鍋爐工作中減少氮氧化物的生成量，就需要合理控制好燃燒的過程，比如對燃燒時間、燃燒溫度進(jìn)行控制，更要處理好煙氣排放工作。鍋爐低氮燃燒技術(shù)發(fā)展到如今，主要是采用以下技術(shù)措施來合理控制氮氧化物的生成和排放。

1.1 空氣分級燃燒

當(dāng)燃料和空氣達(dá)到一個合適的混合比例后，燃料的燃燒速度越快，則燃燒溫度也會更高，為了降低燃料的燃燒溫度和燃燒強(qiáng)度，需要讓燃料與空間之間進(jìn)行分階段的混合，這樣通過燃燒的還原性原理，能夠更好的抑制氮氧化物的生成，與此同時，在較低的空氣系數(shù)情況下，燃料完全燃燒，更能夠有效避免因為空氣系數(shù)過高而導(dǎo)致的排煙損失。

1.2 燃料分級燃燒

燃料的分級燃燒主要是指從不同的區(qū)域，在燃燒室內(nèi)噴入燃?xì)猓缓髮⑷繃娙氲娜剂线M(jìn)行分區(qū)域、分階段的燃燒，其中一級燃燒，是指在氧氣很充足的條件下，燃燒過程中會產(chǎn)生一定含量的一氧化氮；二級燃燒，是在缺氧的條件下，在還原性反應(yīng)中燃燒燃料，能夠?qū)⒏谎鯒l件下產(chǎn)生的一氧化氮再還原為氮氧化物，從而實現(xiàn)降低氮氧化物含量的目的。燃料的分級燃燒，能夠有效抑制住燃燒的集中程度，在分區(qū)域燃燒的環(huán)境下能夠更好的抑制住一氧化氮的生成。

1.3 煙氣再循環(huán)技術(shù)

在燃燒過程中所產(chǎn)生的煙氣物質(zhì)，在經(jīng)過環(huán)境內(nèi)冷卻后，有一部分會發(fā)生再循環(huán)，再次進(jìn)入到鍋爐的燃燒區(qū)域中，在燃燒區(qū)域中能夠起到降低燃燒溫度和降低燃燒氧濃度的作用，從而達(dá)到了減少氮氧化物含量生成的目的，這種則被稱之為是煙氣再循環(huán)技術(shù)。煙氣再循環(huán)技術(shù)的原理主要是通過煙氣在循環(huán)過程中產(chǎn)生的吸熱作用，來降低燃燒的溫度，降低氧氣的濃度和速度，以此減少氮氧化物的生成，這對于降低鍋爐氮氧化物生成含量有顯著的效果。煙氣再循環(huán)技術(shù)在應(yīng)用過程中的效果并不是一直穩(wěn)定的，其穩(wěn)定性與產(chǎn)生循環(huán)過程中煙氣含量有一定的聯(lián)系，煙氣發(fā)生再循環(huán)的含量一般要在20%以下，若是含量過高，則會導(dǎo)致出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況，因此會加大燃燒中產(chǎn)生的損失，經(jīng)過多次試驗的經(jīng)驗表明，煙氣再循環(huán)技術(shù)中煙氣再循環(huán)的含量為15%時，鍋爐燃燒中氮氧化物的排放濃度可降低40%。

煙氣再循環(huán)技術(shù)在調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)的煙氣含量過程中，鍋爐風(fēng)機(jī)的進(jìn)口控制擋板起到了至關(guān)重要的作用，當(dāng)擋板在進(jìn)行控制過程中，通過處理煙氣量和燃燒負(fù)荷數(shù)據(jù)，就能夠歸納出鍋爐最佳的燃燒曲線，從而實現(xiàn)對煙氣含量的自動控制，再根據(jù)鍋爐在不同情況下工作的情況，控制煙氣含量從而能進(jìn)一步控制氮氧化物排放濃度。煙氣再循環(huán)技術(shù)有優(yōu)點的同時，就會存在一定的缺點，技術(shù)使用中會在一定程度上降低鍋爐的熱效率，需要進(jìn)行有效精確的控制，才能夠降低對熱效率的影響，此種技術(shù)能夠單獨使用，也可以與其他低氮燃燒技術(shù)之間進(jìn)行協(xié)同作用，能夠更好地降低氮氧化物的排放量。

1.4 全預(yù)混表面燃燒技術(shù)

在小型鍋爐工作作業(yè)中，采用全預(yù)混表面燃燒技術(shù)能夠有效控制氮氧化物的排放，在鍋爐燃燒作業(yè)過程中，金屬纖維的表面會發(fā)生均勻的燃燒反應(yīng)，這更利于溫度的均勻控制，這樣一來能夠更好地降低金屬燃燒過程中的負(fù)荷度。金屬纖維表面在燃燒的過程中，會有一定含量的氧氣參與反應(yīng)，一定量的空氣能夠有效降低燃燒火焰的溫度，因此全預(yù)混表面燃燒技術(shù)能夠更好的控制住氮氧化物的排放量，但是在控制過程中依然無法阻止排放熱量的損失，因此在全預(yù)混表面燃燒技術(shù)的實施下，更容易阻塞鍋爐頭部，其發(fā)生阻塞部位也很難實施清理工作。

在降低鍋爐氮氧化物生成的方面，預(yù)混燃燒具有很大的潛力，與其他燃燒技術(shù)相比較，能夠更多的減少氮氧化物的生成，但是預(yù)混氣體在排放過程中因為自身的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致其具有較高的可燃性，在不可控的條件下甚至?xí)霈F(xiàn)回火的情況，會在很大程度上影響到鍋爐燃燒機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重的還會帶來災(zāi)害性后果。由于預(yù)混燃燒比較難控制技術(shù)安全性，如今在工業(yè)中應(yīng)用的并不廣泛，此技術(shù)還具有一些無法忽視的缺陷，比如降低鍋爐工作作業(yè)的效率、增加鍋爐燃燒機(jī)排煙的損失、加大空氣系數(shù)等。

1.5 水冷預(yù)混燃燒技術(shù)

水冷預(yù)混技術(shù)主要是在燃燒預(yù)混的基礎(chǔ)上，加上了水冷卻燃燒技術(shù)，鍋爐中的火孔面主要是由多個火孔板組成的，在火孔板中設(shè)置好冷卻的水管，能夠利用灌輸冷卻水從而降低熱量的作用，有效降低火孔板的溫度，從而更進(jìn)一步的降低氮氧化物的生成，同時還能夠在一定程度上避免因火孔板的溫度過高導(dǎo)致氮氧化物等混合物重新燃燒等情況的發(fā)生。

2 鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案

鍋爐的低氮燃燒改造方法主要有以下幾種：（1）保留原來的鍋爐，更換低氮燃燒器；（2）更換鍋爐和燃燒器。在低氮燃燒技術(shù)的改造過程中，因為考慮到了鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)與低氮燃燒技術(shù)之間無法形成適當(dāng)匹配，因此在改造過程中一般不會改造鍋爐的整體結(jié)構(gòu)。

2.1 更換燃燒器

如果鍋爐投入工作作業(yè)的時間較短，同時鍋爐的整體受熱面積能夠滿足鍋爐改造的條件，那么就可以選擇更換鍋爐燃燒器的方式來進(jìn)行改造。選擇鍋爐設(shè)備的型號時，首先要確定鍋爐的深度和直徑，在掌握了鍋爐的各項參數(shù)數(shù)據(jù)之后，才能夠進(jìn)一步選擇合適鍋爐的燃燒技術(shù)。在一般情況下，對于蒸汽鍋爐和承壓鍋爐來說，最好是先選擇分級燃燒技術(shù)，然后參考煙氣在循環(huán)的燃燒器，針對小型的鍋爐來說，一般選擇全預(yù)混表面燃燒技術(shù)，在實施改造之前，應(yīng)當(dāng)全面檢查鍋爐房的現(xiàn)場環(huán)境，在測量鍋爐空間參數(shù)數(shù)據(jù)之后，才能夠更好的保證鍋爐改造的安全性，也能更好的避免改造預(yù)算超支和設(shè)備使用等問題。

2.2 更換鍋爐

改造鍋爐若是選擇整體更換鍋爐，也就是說要更換鍋爐和燃燒器，在改造的過程中不僅要選擇合理適當(dāng)?shù)娜紵夹g(shù)，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到更換措施的經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及穩(wěn)定性等要素，在綜合考慮了改造成本高低和改造技術(shù)可行性的基礎(chǔ)上，才能夠進(jìn)一步確定改造實施方案。在一般情況下，更換鍋爐整體結(jié)構(gòu)必須要選擇相同規(guī)格的置換方式，比如原來的鍋爐中安裝的是2臺5.5MW的鍋爐，在更換鍋爐和燃燒機(jī)之后，依然要更換2臺相同規(guī)格的鍋爐，這樣的改造方式雖然會對鍋爐工藝管線和輔助設(shè)備造成一定的改變，但是對整個鍋爐的結(jié)構(gòu)并不是產(chǎn)生較大的改動，從而能夠在一定程度上減少鍋爐的改造成本，減少改造的時間期限。比如，按照某市某小區(qū)的鍋爐房為例，其供熱面積大約為5萬m2，原來設(shè)置的是4臺鍋爐（規(guī)格：1.5MW），在改造的方案中，選擇了8臺鍋爐（規(guī)格：600kW），且從熱水鍋爐改變成為了低氮冷凝鍋爐，且兩者之間互相為備用的關(guān)系，這樣一來能夠減少改造的成本，節(jié)約鍋爐改造的投資成本。在因為環(huán)境因素的原因而不適用的鍋爐改造中，可以選擇水冷預(yù)混系列的鍋爐，這種低氮冷凝的鍋爐與原本熱水系統(tǒng)鍋爐相比，能夠更好地降低改造中投入的成本。

比如，某市物業(yè)公司有多個鍋爐房，且大部分鍋爐還處在地下室中，如果該物業(yè)公司選擇了承壓的鍋爐，則在鍋爐使用過程中很大的概率會造成安全上的隱患，因此在改造鍋爐過程中，將鍋爐的類型從承壓型鍋爐改成真空型鍋爐，則能夠降低鍋爐工作的功率，以此避免安全隱患，提高改造的效率。

3 改造案例

3.1 小型鍋爐的改造

某小型鍋爐房的供熱面積約15萬m2，此鍋爐房中原有2臺哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴仩t，鍋爐燃燒機(jī)以及其配套輔助設(shè)施在實施改造之前，氮氧化物的排放濃度為160mg/Nm3。在2020年底完成了低氮改造之后，采用了德國生產(chǎn)的燃燒機(jī)，燃燒機(jī)與鍋爐風(fēng)機(jī)為一體，調(diào)節(jié)比例為1-5，同時采用煙氣循環(huán)技術(shù)，在經(jīng)過低氮改造之后，經(jīng)過檢測鍋爐排放的氮氧化物，發(fā)現(xiàn)氮氧化物的排放濃度降低到了50mg/Nm3。

3.2 大型鍋爐的改造

某大型鍋爐房的供熱面積為30萬m2，原有2臺中國東方電氣集團(tuán)有點公司生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴仩t，此鍋爐主要是以天然氣能源作為燃燒的燃料，鍋爐運行工作的方式則是采用微正壓運行方式，鍋爐燃燒機(jī)以及配套設(shè)施是由德國威索公司提供的技術(shù)支持，在改造之后，鍋爐的氮氧化物排放量為160mg/Nm3。與小型鍋爐房一起完成了改造，采用德國燃燒機(jī)進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造后，發(fā)現(xiàn)鍋爐氮氧化物的燃燒濃度降低到了52mg/Nm3。

4 結(jié)語

總的來說，在鍋爐作業(yè)的過程中，低氮燃燒技術(shù)的主流是煙氣再循環(huán)技術(shù)和分級燃燒技術(shù)，而民用的鍋爐則會選擇全預(yù)混表面燃燒技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的計量供暖模式。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，低氮燃燒技術(shù)的性能會不斷的提升，為了降低鍋爐工作中對環(huán)境造成的不良影響，從根本上就要合理控制好氮氧化物等污染物的排放量，因此在低氮燃燒技術(shù)的改造過程中，首先要針對鍋爐的情況進(jìn)行有效的分析，選擇先進(jìn)的技術(shù)和合理的措施進(jìn)行改造，以此從根本上改善我們的生存環(huán)境。目前，我國鍋爐低氮燃燒技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的日益完善，與此同時有關(guān)工業(yè)企業(yè)更應(yīng)當(dāng)全面響應(yīng)政府“節(jié)能環(huán)保”的號召，盡快在工作體系中完成低氮燃燒技術(shù)的改造，從而減少氮氧化物的排放含量，保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境。