75t/h中压燃气锅炉低氮燃烧器改造效果分析

白发强

摘 要：永坪炼油厂动力车间动力站75t/h中压燃气锅炉在燃烧器改造前NOx排放浓度约为210mg/m3-240mg/m3，通过采用更换新型燃烧器以及烟气再循环技术对锅炉进行了低氮改造。改造后通过对烟气测验表明，在锅炉在最佳运行状态下，NOx排放浓度可控制在40mg/m3-60mg/m3之间，与改造之前相比，NOx排放浓度平均降幅约为78%，低氮改造效果非常明显，烟气排放达到国家排放标准。

关键词：燃气锅炉;低氮燃烧;锅炉改造

当前能源环境新形势下，对燃气锅炉NOx的排放要求越来越严格，在陕西省发布的《锅炉大气污染物排放标准》（DB61/1226-2018）中对陕北地区的排放标准将于2020年4月1日起执行，燃气锅炉NOx排放量的要求的极限为80mg/m3，在这种形势下，锅炉低氮改造势在必行。目前某厂75t/h中压燃气锅炉在燃烧器改造已经完成安装调试，拆除旧的燃烧器，采用W-SCNG20-AB低氮燃烧器以及烟气再循环技术（FGR），在不影响锅炉正常运行的情况下，降低烟气中NOx的含量，使排放达标。

1 锅炉基本概况

动力站安装一台HGG-75/3.82-Q1型中温中压燃油燃气锅炉，由哈尔滨哈锅锅炉工程技术有限公司制造。该锅炉为负压运行的自然循环锅炉。锅炉结构特点是单锅筒，集中下水管和分散受熱下水管相结合，全部卧式水冷壁，过热器水平布置，卧式管式空气预热器，固定方式自承式结构，用钢筋混凝土柱基础支撑整个锅炉荷载。该锅炉是露天式布置，锅炉用水为除盐水站供给的除盐水，锅炉自产60t/h蒸汽，外来中压饱和蒸汽15t/h，所产蒸汽主要供给汽轮机和全厂蒸汽管网。燃料主要为干气，更换低氮燃烧器4台，直流式四角布置。原设计只有1台引风机和一台鼓风机，此次改造新增1台烟气循环风机。锅炉原设计的主要参数没有变化，具体如下表：

2 锅炉工艺原理

燃料在锅炉内燃烧产生热能，通过热传递使在锅炉内的水加热汽化产生饱和蒸汽，在通过过热器加热使之变成中压过热蒸汽，在通过集箱送至蒸汽管网，蒸汽的压力为3.82MPa，温度为450℃。

3 低氮燃烧器加烟气再循环技术（FGR）工艺原理

3.1 燃料分级

根据低氮燃烧原理，在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi、未完全燃烧产物CO、H2、C以及CnHm时，会发生NO的还原反应，反应式为：

4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

2NO+2CnHm+（2n+m/2-1）O2=N2+2nCO2+mH2O

2NO+2CO=N2+2CO2

2NO+2C=N2+2CO

2NO+2H2=N2+2H2O

利用这一原理，将燃料深度分为两级。第一级燃料喷入主燃烧区，利用过量的助燃空气，将主燃烧区域平均温度控制在1200度以下，严格控制热力型NOx的生成量。第二级燃料从主燃烧区域的外围喷射进入主燃烧区域的中后部，形成二级燃烧区。在二级燃烧区域，二级燃料与氧浓度低于12%的烟气混合燃烧，相对高浓度的CHi和CO对主燃烧区生成的微量NOx进行还原反映，可使NOx的排放浓度进一步降低。

3.2 烟气内循环

第一级燃料超音速引射内循环烟气，通过烟气导流管混入助燃空气，降低助燃空气的氧浓度，并降低主燃烧区区域的温度;第一级燃料在和助燃空气混合之前已经预先与内循环烟气混合，形成低热值的调质燃料气，降低了主燃烧区域的碳氢离子团浓度，同时起到了减少热力型NOx和快速型NOx的效果;燃烧器高强度旋流喷口引射烟气产生内循环，降低助燃风的氧浓度，同时将第二级燃料调质为低热值燃料气，进一步减少热力型NOx和快速型NOx。

3.3 分级送风

将助燃空气分两级送入燃烧区域。部分第一级燃料与一级助燃空气旋流混合，形成中心回流区，稳定燃烧。部分第一级燃料与二级助燃空气顺流旋向布置，形成主燃烧区，主燃烧区富余大量助燃空气，从而降低主燃烧区域的温度。二级助燃空气旋流布置，调整并约束火焰的主体结构尺寸，使其与炉膛尺寸相匹配。

3.4 烟气外循环

将锅炉尾部烟气利用烟气再循环风机抽吸送入燃烧器风箱，在燃烧器风箱内与助燃空气充分混合，降低助燃空气的氧浓度。另外外循环的烟气进入燃烧区，能够显著降低火焰温度、燃烧区的燃料浓度和氧气浓度，从而显著减少热力型NOx和快速性NOx的生成。通过以上4中低氮技术的融合，使烟气中的NOx含量低于80mg/m3。

4 改造后的效果

通过这次低氮燃烧器的改造和烟气再循环技术的投用，经过调试合格后，锅炉投入正常运行，经检测锅炉的NOx的排放值有原来的210mg/m3-240mg/m3降至40mg/m3-60mg/m3，达到了排放要求。

综上所述，动力站锅炉烟气在锅炉负荷为30%以上时NOx含量是在排放标准内的，达到了此次低氮燃烧改造的目的，同时锅炉的主要运行数据没有发生变化，但是还有以下几点不足需要改进：①由于干气的成分不稳定，导致烟气中NOx含量波动。解决办法：在实际操作中，根据每天干气的检测报告，对烟气进行在线分析，从新调整风燃比，使NOx含量达标;②鼓风机入口调节阀调节精度不高，导致氧含量不稳定。解决办法：建议更换新的阀门。

参考文献：

[1]董计鑫.锅炉低氮燃烧技术分析及应用[J].能源与节能，2016.