燃气锅炉低氮技术及运用分析

摘 要：燃气锅炉在燃烧的过程中会产生大量的氮氧化物，如果氮氧化物的排放量超过标准要求，将会对大气环境造成污染，进而引起雾霾。为了有效解决这一问题，可将低氮技术合理运用于燃气锅炉当中。基于此点，文章从燃气锅炉低氮燃烧的必要性分析入手，阐述了低氮技术及其在燃气锅炉中的运用，在此基础上提出燃气锅炉应用低氮技术的注意事项。期望通过本文的研究能够对燃气锅炉氮氧化物排放量的降低有所帮助。

关键词：燃气锅炉;低氮技术;氮氧化物

1 燃气锅炉低氮燃烧的必要性

近年来，随着我国工业产业的快速发展，使国民经济水平获得大幅度提升，与此同时，也对生态环境造成了一定的破坏，各大城市的雾霾现象日益加重，該现象引起社会各界的广泛关注。业内的专家学者经过不断研究后发现，在雾霾的成因中，氮氧化物（NOx）是一个至关重要的因素，为有效解决雾霾问题，必须从控制NOx排放入手。在能源结构优化调整的过程中，燃煤锅炉的比例有所减少，但燃气锅炉的用量却不断增大，燃气锅炉以天然气作为主要燃料，天然气燃烧产生的烟气中含大量的NOx。为使燃气锅炉NOx的排放达到相关标准的规定要求，必须采取低氮技术。

2 低氮技术及其在燃气锅炉中的运用

燃气锅炉是以天然气作为主要燃料，天然气在燃烧的过程中基本不会产生燃料型的氮氧化物，而快速型氮氧化物的生成量也非常少，可以忽略不计。也就是说，热力型氮氧化物是燃气锅炉的主要产物。由热力型氮氧化物的生成机理可知，高温火焰是关键性因素。因此，想要减少燃气锅炉热力型氮氧化物的产生，就必须降低火焰的温度。

2.1 低氮技术

（1）分级燃烧技术。这是低氮技术中较为成熟且应用非常广泛的一种，通过分级燃烧可以将锅炉的燃烧室划分为两个区域，一个是富燃区，另一个是贫燃区。在燃烧时，可将过量的空气加入到贫燃区中，这样便可以使火焰中心的最高温度降低，并使炉膛内的温度分布变得更加均匀，消除了局部高温，热力型氮氧化物的生成量也随之减少。

（2）烟气再循环。这是一种能够有效抑制氮氧化物排放的技术措施，烟气再循环的技术原理如下：在燃气锅炉的空气预热器前，将部分温度较低的烟气抽取出来，可将这部分烟气直接送入到炉膛内，也可与一次或是二次风进行混合后，再送入到炉膛内，由此不但能够使锅炉燃烧的温度大幅度降低，并且还能使氧气的浓度随之降低，氮氧化物的浓度显著降低。烟气再循环率是该方法中一个重要的技术指标，它是再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比。在实际应用中发现，当烟气再循环率为15-20%时，能够使锅炉氮氧化物的排放浓度降低25%左右。这种方法既可以单独用于燃气锅炉，也可与其它低氮燃烧技术配合使用。

（3）全预混技术。这是一种将锅炉燃烧所需的天然气和空气按照设定好的比例进行预先混合，然后将混合好的气体直接送入到燃烧室内进行燃烧的方法。该技术最为突出的特点是火焰的长度较短，可以使燃烧变得更充分，热效率非常高，可以达到105%以上，由此使得锅炉燃烧过程中的热损失大幅度降低。全预混技术能够对燃气锅炉氮氧化物的排放量进行有效地控制，基本原理如下：火焰在炉膛内会沿着金属纤维的表面均匀分布，由此可使炉膛内温度场的分布变得更加均匀，这样一来，局部的热负荷随之显著降低，同时，过量空气可以起到降低火焰温度的作用，随着燃烧温度的降低，热力型氮氧化物的浓度也会随之降低。实际应用结果显示，采用全预混技术的燃气锅炉，氮氧化物的排放量在30mg/m3以下。虽然这种方法在降低氮氧化物排放量方面的效果比较显著，但是却会导致清理维护的工作量增大，在具体应用时，需要对此予以注意。

2.2 低氮技术的应用实例

（1）实例一。某单位的燃气锅炉氮氧化物排放量较高，现场实测氮氧化物的排放量为93.5-198.7mg/m3，严重超出了国家现行规范标准的规定要求。为了解决这一问题，决定对锅炉进行低氮改造。出于降低改造难度的考虑，经过研究之后，决定采用更换低氮燃烧器的方法，具体的改造过程如下：新增分体燃烧器和烟气再循环系统，风管设置在省煤器之前，与鼓风机进口的混合箱进行连接，配置变频风机，并对负荷调节方式进行改进，采用电子比例调节，由此使得调节比可达到1∶6的水平，为运行管理工作的开展提供了便利条件。低氮改造完成后，在75%负荷状态下，对锅炉的氮氧化物排放情况进行现场实测，检测结果显示，氮氧化物的排放浓度在19-26mg/m3，达到了国家现行规范标准的要求，此次改造取得良好的效果。

（2）实例二。某单位的一台燃气锅炉采用的是三段燃烧器，炉膛的热负荷为1.266MW/m3，氮氧化物的排放量约为190mg/m3左右。为了降低氮氧化物的排放量，决定对锅炉进行低氮改造。由于该锅炉的本体完好，出于节约成本的考虑，在改造过程中，锅炉本体保持原样，将三段燃烧器换成低氮燃烧器。该燃烧器采用的是新型低氮燃烧头，利用分级燃烧技术，可以实现低氮燃烧。改造完毕后，经现场测试，锅炉氮氧化物的排放量从190mg/m3，降低到50mg/m3。随着新型燃烧器的加入，使得锅炉的运行过程变得更加平稳，解决了频繁启停的问题，锅炉的运行安全性大幅度提升，运行成本随之降低，达到低氮排放和经济运行的目标。

3 燃气锅炉应用低氮技术的注意事项

在应用低氮技术对燃气锅炉进行改造时，需要对如下事项加以注意：其一，采用低氮燃烧器对燃气锅炉进行改造后，能够使氮氧化物的排放浓度达到50-80mg/m3左右，如果要进一步降低氮氧化物的排放浓度，那么应当在使用低氮燃烧器进行改造时，加入烟气再循环技术，由此可使氮氧化物的排放浓度降至30mg/m3以下。在此基础上，通过对烟气进行化学处理，可以达到接近零排放的目标。其二，利用低氮燃烧器进行锅炉改造的过程中，应当做好调试工作，具体做法是对锅炉在各个负荷段的燃烧情况进行调试。需要注意的是，过量空气系数不宜过低，以免影响燃烧的稳定性，当燃烧不稳定时，快速型氮氧化物的产生量会随之增多。此外，高负荷段的振动问题，也必须在改造中予以注意，并采取相应的措施进行解决处理，以免对锅炉的安全、稳定运行造成影响。其三，在更换新型低氮燃烧器时，应当与锅炉的生产厂家进行必要的沟通，并充分考虑改造对鼓风机的影响，随着送风量和风压的增大，可能会使风道出现剧烈的震颤，所以需要适当增大风道的强度，以满足低氮燃烧器的运行要求。

4 结论

综上所述，在能源结构调整的背景下，燃气锅炉呈现出逐步增多的态势，从而使得氮氧化物的排放量随之增大，由此对大气环境造成了一定的破坏。为有效解决这一问题，必须对氮氧化物排放浓度超限的燃气锅炉进行改造，可在改造过程中，对低氮技术进行合理运用，以此来降低锅炉氮氧化物的排放浓度。

参考文献：

[1]王彬，罗强.燃气锅炉供热系统节能的关键技术研究[J].石化技术，2018（10）：107-109.

[2]姜祎楠.浅析燃气锅炉房燃气系统设计的若干问题探讨[J].现代物业（中旬刊），2018（10）：121-123.

[3]秦宏波，薛恒荣，申婷婷，朱凯.燃气工业锅炉低氮改造冷凝水产生状况分析和对策研究[J].上海节能，2018（9）：99-101.

[4]程港，刘爽，赵雷，钱志博，肖玉龙.燃气热水锅炉烟气低温腐蚀的预防及锅炉直供系统设计探讨[J].工程建设与设计，2018（9）：105-107.

[5]文博，阎娟茹，王惠云.关于低NO_x排放锅炉烟气再循环设计问题的探讨[J].工业锅炉，2018（（8）：92-94.

作者简介：何玉晶（1983-），汉族，甘肃人，专科，研究方向：工程建筑及管理。