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摘要：氮氧化物是造成大气污染和雾霾的主要成因，已被多家权威部门证实。从去年起我国北京、郑州、成都等地开展燃气锅炉低氮改造工程，并制定了燃气锅炉氮氧化物排放标准。做为燃气锅炉领跑者的知名企业——方快锅炉，在低氮燃气锅炉改造大潮中，敢为人先执着创新，凭借两大先进低氮技术，占领市场鼎力推进大气污染治理。
关键词：燃气锅炉；低氮燃烧；改造
引言
天然气的成分主要是甲烷，其中既没有氧也没有氮。可当它燃烧温度到1500K以上时，空气中的氮气被氧气氧化，于是产生了氮氧化物。降低氮氧化物排放，控制氧含量是关键。现有的低氮燃烧技术在工程中单独使用降低NOX的效果并不理想，如何结合各技术路线的优点，研发出燃烧高效、适合市场的低氮燃烧技术，尤其是与先进的燃烧器配合使用，对现有的天然气锅炉或其他燃烧设备进行技术改造，达到或低于规范或标准要求的排放量，是今后设计院所、工程实施单位及设备厂家研究的重点。
1 低氮燃烧技术
热力型NOx是锅炉氮氧化物排放的主要来源，高温燃烧火焰是产生NOx的关键因素，要减少热力型NOx的生成，燃烧设备应采取两方面技术方法：第一，降低火焰的最高温度，减小火焰高温区域的范围；第二，充分利用燃烧室空间，均匀分布火焰形态。为此，燃烧设备的结构设计和控制技术可采取下述具体措施：
1.1 空气分级燃烧
燃料和空气在理论当量比条件下的预混燃烧，速度快，温度高。将燃料燃烧所需的空气分阶段与燃料混合燃烧，降低燃烧强度和火焰温度，而且在还原性气氛中更有利于降低NOx的产生。过量空气系数约为0.8的一次空气，对NOx的产生有明显的抑制作用，剩余的二次空气与“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，实现燃料的完全燃烧。空气分级燃烧，既可抑制NOx的产生，同时可使燃料在总的过量空气系数较低的情况下完全燃烧，避免过量空气系数偏高增加排烟热损失。但另一方面，由于燃料与空气的混合及流动方式不佳，造成局部积炭等不完全燃烧的现象，需合理的产品结构设计。
1.2 燃料分级燃烧
将燃气从不同的区域喷入燃烧室，使全部燃料分阶段分区域进行燃烧。一级燃烧一般是α＞1的富氧燃烧，会产生一定的NO。二级燃烧区在α＜1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NO在二级燃烧区(再燃区)内被还原成N2，降低NOx的排放浓度。燃料分级燃烧的另一好处是，在有效控制火焰形态的情况下，根据燃烧室的形状，将燃料分散布置，充分利用燃烧室的空间，降低火焰的集中度，进一步减少NOx的生成。
1.3 烟气再循环
主要指将占理论空气量约15%～25%的排放烟气循环回到助燃空气中，使得助燃空气中的氧气浓度低于21%，且含有一定量CO2。这样会降低燃气的燃烧反应速率，从而使燃气的燃烧时间延长，减少了单位空间和时间内释放的热量。同时烟气再循环将使燃烧室中的烟气量有所增加，火焰的平均温度也有所降低。这些都有利于抑制热力型NOx的生成。
1.4 全预混表面燃烧
对于小型燃气锅炉，全预混表面燃烧是控制NOx排放的最有效办法。一是由于表面燃烧的火焰沿着金属纤维的表面均匀分布，温度场分布均匀，如果表面积较大，则单位面积热负荷较小。二是金属纤维表面燃烧的α一般约为1.5，较大的过量空气使得火焰温度低。这种燃烧方式的NOx排放完全可以控制在30mg/m3以下甚至更低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但它的缺点也非常明显，排烟热损失大，特殊的金属纤维燃烧头易堵塞，清理维护的工作量较大。
2 改造措施
2.1 认真核对燃烧器的型号和主要配件的配置情况
燃烧器型式试验应当由经过国家质量监督检验检疫总局核准的型式试验机构进行。由于目前集中更换低氮燃烧器，大量燃烧器的型式试验还没有完成。对于燃烧器型号与型式试验证书不符的情况，应要求使用单位在取得合格的燃烧器型式试验证书和报告后方可使用；对于燃烧器主要配件发生变更时，燃烧器制造单位应当向原型式试验机构提交书面变更说明，如果变更可能对燃烧器安全性造成影响，则应当重新进行型式试验。
2.2 对于直接加烟气再循环进行低氮改造的燃烧器建议做型式试验
对于直接加烟气再循环进行低氮改造的燃烧器，虽然改造单位说没有改动燃烧器及燃烧器控制部分，但由于冷凝水的引入及烟气配比的调整等问题都会对燃烧器的运行安全性和稳定性造成影响。烟气再循环的加入对锅炉烟风阻力有所增加，原有风机的匹配都是需要考量的问题。所以建议此类改造的燃烧器应经过型式试验后方可使用。
2.3 应对新燃烧器型号与锅炉的匹配与连接情况进行检查
目前我国燃气锅炉的炉膛结构尤其是锅壳锅炉对炉胆的直径和长度都有要求，受锅炉炉膛尺寸和形状的局限，不是每一台锅炉都适合通过单纯更换低氮燃烧器进行低氮改造。一般情况下，锅炉燃烧器应当由锅炉制造企业负责选配；特殊情况需由锅炉使用单位选配时，使用单位应当确认所选配的燃烧器符合锅炉制造企业规定的配置技术要求。锅炉安装监检单位应当对选配的燃烧器是否符合锅炉制造企业的技术要求进行核查。对于新更换的燃烧器与锅炉的连接方式，如固定板的厚度、焊接的质量要求、螺栓的直径等应由燃烧器厂家确认。
2.4 应对燃气管路和锅炉本体的改动情况进行检查
在检验中笔者发现在燃烧器安装过程中，由于空间、距离等问题存在强力组对连接燃气管路、拆除管路上原有的压力表等仪表、阀门的情况，对于这些情况笔者要按照相应法规、标准要求其整改。有的单位在加装脱硝装置时还在锅炉本体上开孔对水冷壁进行了改动，对于这些对锅炉受压部分等涉及安全性能的内容的更改应重新进行设计鉴定。
3 工程应用时需要注意的问题
对于现有需要改造的燃气锅炉，使用以上各个技术路线均需要对燃烧器进行更换或改造，同时还需要注意以下问题：（1）锅炉房内是否具有足够的改造空间。改造后能否满足《锅炉房设计规范》中对于炉前炉后的距离要求；（2）新的燃烧器或改造后的燃烧器及相应增加的配套设备是否会对现有电气造成影响，现有配电是否能够满足改造要求；（3）新的燃烧器或改造后的燃烧器是否需要调整原有天然气调压箱或调压站，现有燃气压力能否满足改造要求。
结束语
总之，为了改善空气质量的燃气锅炉低氮改造工作刚刚开始，在这个工作进行的过程中一些潜在的影响安全的问题也渐渐显现出来。对于如何保证燃气锅炉低氮改造工作安全有序地进行，北京质监局已经召开专家论证会对燃气锅炉低氮改造存在的风险和问题进行了分析，还出台了一些文件、进一步细化工作，让人们安全地享受那一片蓝天。
参考文献
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论文作者:邓李刚
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/9
标签：燃烧器论文; 锅炉论文; 烟气论文; 型式论文; 燃气锅炉论文; 燃料论文; 火焰论文; 《防护工程》2017年第29期论文;