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摘要：烟气再循环在应用中是结合了部分燃烧燃气与助燃空气的一种工艺方式，通过对抽取烟气进而送入燃气锅炉系统中，能够实现燃烧部位温度下降以及氧浓度控制的效果，从而降低NOX的形成。文章根据某供热厂的燃气锅炉系统情况，利用烟气再循环法实施改造，对其烟气再循环脱硝技术的应用及效果进行分析，通过研究发现，此技术方案能够给相似的烟气脱硝工程提供实践思路。
关键词：燃气锅炉；烟气再循环；脱硝；效率
1燃气锅炉烟气再循环脱硝工艺
该工艺在使燃气锅炉燃烧温度下降的过程中，利用惰性气体的吸热效应，减小氧气的分压，避免过多出现较高能量、温度的NOX。在此工艺流程中，助燃空气融合抽取的循环烟气的过程非常关键，如果两者不能均匀、有效地混合在一起，会造成炉膛中氧分压出现不均衡现象，导致局部高温问题的发生，从而减低氮燃烧的效率和质量。燃气锅炉烟气再循环脱硝工艺的现实运用包括两种形式，一是外部烟气再循环，二是内部烟气再循环。前者的助燃气体与部分再循环气体的掺合是基于再循环管道而实现的，经过燃烧器再次输入炉膛中从而进行燃烧；后者在这方面的不同是，其实现过程通过的是燃烧器本体设计且配合炉膛构成回流区域，进而对烟气形成卷吸作用，建立烟气内循环体系。这两种再循环方式都能够减少NOX的排放浓度。燃气锅炉烟气再循环脱硝工艺较为适合针对低含氮量燃料进行运用，从而达到更理想的燃气锅炉效果。通过对现运行的燃气锅炉项目进行总结分析，NOX排放量的减少率为35%～55%。然而，烟气再循环也会产生一定的不利因素，影响锅炉运转。再循环过程中，会将部分烟气引进到炉膛中，造成炉内温度下降、气体流通速度上升，更改了炉膛与各受热面的相互热量配置，影响到锅炉运行。
2改造工程
某燃煤供热机组在建设期未加装脱硝装置，为应对火电行业越发严格的环保政策，电厂进行1、2号机组锅炉低氮燃烧器改造和脱硝技术改造。改造后的脱硝装置主要性能要求：锅炉烟气中NOX含量650mg/Nm3，经低氮燃烧器改造后，SCR入口烟气NOX含量350mg/Nm3。脱硝工艺采用SCR烟气脱硝。SCR反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间。采用蜂窝式催化剂，按“2＋1”模式布置，备用层在最下层。不设省煤器调温旁路和脱硝旁路烟道。吹灰方式采用耙式半伸缩蒸汽吹灰器。采用液氨作为脱硝还原剂。脱硝装置的氨逃逸浓度不大于3ppm。SO2/SO3转化率小于1%。烟气脱硝SCR系统（含脱硝烟道）的整体阻力不大于800Pa（未考虑备用层催化剂），安装备用层催化剂后的脱硝系统阻力不大于1000Pa。SCR装置能在锅炉50～100%BMCR负荷，且烟气温度在320℃～400℃条件下持续、安全地运行，并确保净烟气中的NOX含量符合设计要求。
在省煤器出口烟道位置设计再循环烟气取烟口，空气预热器布设于鼓风机吸口部位，系统加热利用锅炉的自有高温水。再循环风机给再循环烟气施加一定的压力，促使烟气到达鼓风机出口，通过设计的电动烟道闸阀对烟气量进行调节，并在烟气混合器的作用下均匀、充分地与空气进行掺和。
3燃气锅炉烟气再循环脱硝技术
3.1空气预热器耗热量计算
CH4是天然气的主要构成，经过燃烧主要形成水和二氧化碳。在冬天环境中，烟气混合室外寒冷气体，温度小于露点温度，会析出许多冷凝水。冷凝水呈现酸性并对燃烧器、鼓风机、风道等设施带来运行安全风险，进而影响锅炉的稳定运行。将空气预热器设计在鼓风机吸入部位，对室外冷空气进行加热处理，避免大量析出冷凝水。
3.2锅炉热力校核
（1）助燃气体特性与烟气特性。此次改造对助燃气体特性的改变主要有两个方面，一是组分含量，二是混合气体温度。混合气体温度方面，烟气温度高于室外冷空气，气体掺合后，随着烟气再循环率的上升，助燃气体温度会增加，氧含量会下降。组分含量方面，同样烟气再循环率上升状态下，产生的烟气量呈增多趋势，绝对量也不断增长，但是没有改变组分占比。
（2）炉膛气体流场与温度场。实施改造方案后，气体在燃烧器喷口位置的流通速度增加，增加了惰性气体在炉膛中的产生量，这都对炉膛中的气体流动和温度产生影响。通过分析发现，在没有利用改造工艺时候燃烧器喷出的气体，相应的气流在炉膛中已经出现较为明显的2个回流旋涡，实际燃烧时旋涡对烟气进行卷吸建立循环，使燃烧温度下降并对氧气分压予以减小，进而抑制了NOX出现。经过分析利用烟气再循环后的速度流线图，混合再循环烟气并未显著改变炉膛的整个的流线和回流旋涡状况，燃烧器喷口位置的气体流动加快造成燃烧新性能不够稳定，进而产生较为明显的影响。
根据烟气再循环前后锅炉中心截面温度情况显示，采用烟气再循环技术，相应的燃烧温度显著下降，高温分布部位的面积显著减小，这主要是因降低了NOX的产生而出现的结果。然而炉膛中下位置的中心范围在燃烧过程中呈现冷区，其原因是烟气再循环改造后流速以及氧气分压的改变给其带来相关影响，这一现象会制约正常燃烧。
3.3传热量与锅炉效率
进行烟气再循环技术改造后，受热面的热量传导效果和锅炉运行稳定性都会受烟气量和流速、炉膛温度、受热面烟气温度等方面的影响。不同烟气再循环率下的热力数据不同。改造实施中，三原子气体以及烟气比热都表现为增长趋势，烟气流动在炉膛出口位置的温度降低，理论燃烧温度也下降，降低了炉膛辐射换热，在烟气流速加大的情况下，受热面的吸热量明显增长。随着烟气再循环的进行，锅炉中烟气温度场及流畅发生了变化，对锅炉各位置的传热量有一定影响，导致锅炉排烟温度上升，锅炉热效率明显下降。这一情况在当前锅炉项目通过设计烟气再循环工艺减少NOX排放中体现非常突出。根据相关数据显示，原有锅炉效率为95.51%，当再循环率20%的工况下，效率出现降低，达到了95.08%。
3.4烟风系统校核
烟气再循环脱硝技术方案中，将烟气/空气混合器、空气预热器等设备设施设计应用在烟风系统中，加大了烟道、锅炉等的气体流量，这样会给系统运行带来一定的制约，增加系统运行的阻力，风机参数应当进行适当改进。
（1）鼓风机参数计算。烟气再循环脱硝技术应用中，根据锅炉系统运行的阻力变化状况可以看出，系统总阻力有明显提升，鼓风机压头按120%计算风压选取，由7700Pa提高至8820Pa。具体实施中，结合计算数据调换了鼓风机，配套电机功率从132kW增加到160kW。
（2）再循环风机参数计算。具体实施中，设计增加再循环风机，再循环烟气量11381m3/h，风压为8820Pa，风机配套电机功率45kW。
（3）烟风系统电耗计算。烟气再循环脱硝技术应用之前和之后，烟风系统有功负荷及安装容量均发生改变。电气安装容量和电能消耗量均以幅度超过50%的比例上升。
4结束语
综上所述，在实际采用中，需根据实际情况对空气预热器进行合理设计，从而防止大量析出冷凝水；需要配置空气/烟气混合器，以促进气体混合足够充分、均匀，确保低氮燃烧的效率和质量。需要引起注意的是，燃烧稳定性差、热效率不高、额定供热量不足、烟风系统电气电能资源消耗及安装容量增多等一系列不理想状态在应用中还有待提升，这些问题是需要相关技术人员加以重视的。
参考文献：
[1]马荧朝.某热电厂锅炉超低排放改造研究[D].长春:吉林大学,2018.
[2]巩磊,邓平,周雄豪.烧结烟气脱硝工艺和适用性分析[J].山东冶金,2018,40(2):42-44.
论文作者:郑子飞
论文发表刊物:《中国电业》2019年第9期
论文发表时间:2019/9/20
标签：烟气论文; 再循环论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 气体论文; 温度论文; 系统论文; 《中国电业》2019年第9期论文;