1天津力源恒特节能环保技术服务有限公司 天津 300000；
2天士力控股集团有限公司 天津 300000
摘要：在我国能源的消费结构主要是煤炭，由此传统燃煤电站是电力工业的基础。其中降低燃煤所产生的氮氧化物是控制大气污染物重要措施。煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO、NO2及少量N2O等生成，统称NOx。NO能使人中枢神经麻痹并导致窒息死亡，N2O会造成哮喘和肺气肿，破坏人的心、肺、肾及造血组织的功能丧失。因此，控制火电厂锅炉的NOx排放量具有重大的社会效益。文章分析了NOx污染现状和形成原因，从分级燃烧、燃烧机预混、烟气再循环等方面，介绍了燃气锅炉低氮改造技术，并通过实际案例表明，燃气锅炉低氮改造有效降低了氮氧化物的排放量。
关键词：燃气锅炉；低氮改造；技术
1导言
某电厂#4锅炉是哈尔滨锅炉厂根据美国燃烧工程公司（CE）引进技术和设计制造，型号为HG-1125/17.5-YM33型，配哈尔滨汽轮机厂制造的N300/C280-16.7/1.5/537/537亚临界、一次中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机，发电机由哈尔滨电机厂制造的330MW氢冷汽轮发电机。
2概述
天然气作为我国的主要清洁能源，以其绿色环保、经济性高、安全可靠、储量丰富等优点被广泛应用于国民生产。针对当前环境污染的紧迫性，政府制定出更为苛刻的排放要求，同时各地对清洁燃料的需求进一步提高。天然气作为一种清洁能源，能减少近100%的二氧化硫和粉尘排放量，60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，并有助于减少酸雨形成，缓解地球温室效应，从根本上提高环境质量。公司锅炉供能燃料为天然气，由于锅炉安装较早，锅炉当前氮氧化物排放量为90mg/m3，燃烧器燃烧后的废气排放无法满足国家制定的污染物排放最新标准———《锅炉大气污染物排放标准DB11/139-2015》的限值要求（2017.3.31日之前在用锅炉排放标准为80mg/m3），见表1。为达到此排放要求，公司对燃气锅炉燃烧器进行改造。
3锅炉效率的主要影响因素
3.1排烟温度热损失
排烟温度热损失是燃气锅炉热损失中最主要的一项，它主要取决于排烟温度与过量空气系数λ。（过量空气系数是燃烧1kg燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧1kg燃料所需的空气质量之比，是我国及俄罗斯等国通用的研究可燃混合气成分指标，常用符号λ表示），λ与排烟热损失q1关系：根据经验公式：q1=（0.5+3.5λ）（T排烟-T环境温度）在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条件下降低q1来提高锅炉的燃烧效率，锅炉排烟温度偏高就会导致锅炉的热效率降低。排烟热损失随排烟温度的升高和空气系数的增大而增大。燃气锅炉排烟中含有蒸汽，过热蒸汽是烟气中热量的主要携带者。因此，燃气锅炉排出的烟气中除显热外，还有大量潜热，这一部分热损失的大部分（约70%）可以通过接触式换热设备进行回收。
3.2气体不完全燃烧热损失（q2）
燃气锅炉在燃烧良好的情况下，气体不完全燃烧热损失较小。根据燃烧器厂家提供的数据，燃烧器的燃烧效率一般为99.0%～99.5%，即气体不完全燃烧热损失率为0.5%～1.0%。但在燃烧不良的情况下，气体不完全燃烧热损失率很高。
4低氮改造技术
低氮改造主要在锅炉的源头和尾部进行，即燃烧控制和烟气处理。燃煤锅炉也可两种技术同时采用，对于燃气锅炉，低NOx燃烧技术是普遍采用的措施。根据NOx的生成机理，要想减少其生成量，最重要的就是控制燃烧过程的温度和时间，实际控制因素即为空气燃料比、燃烧区温度及分布、后燃烧区的冷却程度和燃烧机的形状设计等。西方发达国家早在数十年前就遇到了NOx污染问题，其控制对策值得借鉴。燃气锅炉低氮燃烧技术发展到现在，主要通过分级燃烧、燃烧机预混和烟气再循环等技术手段和措施来进行低氮控制。
4.1分级燃烧
分级燃烧技术的主要特点是燃料和空气分级送入炉膛。燃料分级是在主燃烧区送入大部分燃料，可在一次火焰区尾部形成一个富含NH3，CH，HCN的低氧还原区，已生成的NOx在通过该区域时，部分会被还原成N2。空气分级是将燃料燃烧所需空气分阶段送入炉膛，先将理论空气量的80%左右送入主燃烧器，形成缺氧富燃料燃烧区，在燃烧后期将燃烧所需空气的剩余部分以二次风形式送入，使燃料在空气过剩区燃尽。分级燃烧能够确保燃料进行充分燃烧，同时大大降低烟气中NOx的生成，采用分级燃烧技术可减少60%左右的NOx排放。
4.2整体浓淡燃烧技术
在燃烧器喉口部分，将整个燃烧过程人为区分为燃气和空气配比不同的若干阶段，使燃气的燃烧分别在燃气过浓、燃气过淡和燃尽等3个区域分阶段完成，浓燃烧区域内，燃料量过多而氧气不够，燃料不能充分燃烧形成部分CO，CO具有还原性气氛，与NOx发生还原反应生成CO2及N2，从而达到在燃烧过程中抑制NOx生成的目的。同时，在燃烧后段区域为淡燃烧区，此区域有过量的氧气将未燃尽的CO继续充分燃烧生成CO2，不降低燃烧效率。
4.3燃烧器内部半预混技术
由于半预混、半扩散燃气，合理的使得燃气与助燃空气在整个炉膛空间较均匀混合燃烧，根据设计需求，将燃料喷射至不同的燃烧区域内，加强浓淡燃烧与分层燃烧的效果避免了局部高温的产生，预混喷嘴的喷射角度并不唯一，燃料从不同的方向喷射出，于空气在不同位置、不同方向进行混合，保证混合效果，并在保证火焰稳定的前提下减小根部火焰，从而使得产生极少量的NOx，并且无CO产生。燃烧需要的过量空气小，提高锅炉效率，燃烧稳定可靠。
4.4低氮燃烧器改造
4.4.1锅炉原总体结构简介
锅炉采用中速磨的直吹式制粉系统、冷一次风机、正压直吹、负压炉膛、平衡通风制粉燃烧系统。在煤粉喷嘴设计中，采用了百叶窗水平浓淡燃烧技术，使浓煤粉流向向火侧，淡煤粉流向背火侧。炉膛及后烟井四周设有绕带式刚性梁，以承受正、负两个方向的压力。
4.4.2水冷壁
原炉膛水冷壁除冷灰斗部分和上部水冷壁为光管外，其余区域均为多头内螺纹管。管子间距76.2mm。鳍片采用扁钢6X12.7，材料为Q235-A。水冷壁切角尺寸为1080.4、1180.4，共22根管子。
4.4.3 燃烧设备
主燃烧器的设计与布置不改变原水冷壁及风箱开口尺寸，不改变现有的主、再热汽温调节模式；原主燃烧器水冷套利旧，新分离燃尽风燃烧器水冷套更换。20只喷嘴及燃烧器本体部分全部更换，A层燃烧器内保留原微油系统。
4.5烟气再循环
燃烧产生的部分烟气，经冷却后再循环送回燃烧区，或与空气进行混合后送入燃烧区，由此降低氧浓度和燃烧区的温度，达到减少NOx生成量的目的，这种方式被称为烟气再循环燃烧技术。其原理是通过循环烟气的吸热作用降低火焰温度，稀释氧气浓度，降低燃烧速度，以减少热力型NOx生成。烟气再循环技术主要减少的是热力型NOx，对燃气锅炉降氮效果最为显著，这是由于天然气的含氮量低，且NOx生成又以热力型为主。另外，该技术的使用效果与再循环烟气量也有关，烟气再循环率一般控制在10%～20%，若过高则会出现燃烧不稳定的情况，未完全燃烧热损失也会增加。经验表明，烟气再循环率为10%～15%时，燃气炉的NOx排放浓度可降低40%以上。
结束语
综上所述，氮氧化物是导致空气污染的数个主要源头之一，随着国民和政府对环保的关注，氮氧化物排放标准日趋严格是当今的趋势，因此低前期投资和零运行成本的锅炉超低氮改造势必将成为重中之重，提高燃尽风率可提高炉内的低NOx燃烧效果，选择在燃尽风率为30%左右时，NOx的浓度水平较低。在锅炉变工况调整，及时调节二次风量和燃尽配比，对NOx的排放控制显得尤为重要。
参考文献：
［1］DB11/139－2015，北京市地方标准锅炉大气污染物排放标准［S］．
[2]梁睦，梁东凯.立体车库的应用及结构设计方案研讨[J].机电产品开发与创新，2011.11.
论文作者:杨围1,杨艺林2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/25
标签：锅炉论文; 烟气论文; 燃料论文; 技术论文; 空气论文; 燃烧器论文; 炉膛论文; 《基层建设》2017年第17期论文;