燃气热水锅炉超低氮改造技术及工程实践研究

董刚

摘要：文章结合燃气热水锅炉超低氮改造工程实例，对改造过程中的技术原理、改造内容以及未来发展趋势进行重点分析，最终旨在改善大气环境，减少氮氧化物排放，同时也为今后类似工程提供一定参考和借鉴。

关键词：燃气热水锅炉;超低氮改造;工程实践

伴随着目前我国环境问题的日益突出，国家对于锅炉排放限值的要求也是愈发严格，监管、整治力度也是在逐渐加大，根据国家最新颁布的《锅炉大气污染物排放标准》规定，新建锅炉氮氧化物排放浓度限值已经低于50mg/m3，在用锅炉氮氧化物排放浓度限值已经低于150mg/m3，超低氮技术要求全负荷运行的燃气热水锅炉氮氧化物排放低于15mg/m3。现如今，为降低氮氧化物的排放，改善大气环境，政府正积极开展燃气热水锅炉超低氮改造补偿政策，鼓励锅炉业主积极进行超低氮改造工作。

1 燃气热水锅炉超低氮改造概述

锅炉是一种通过将燃料（或其他热能能源），将工质（本文指水）加热到某设定参数的热力转换设备，燃气热水锅炉是以燃气作为燃料，通过点燃燃气将水进行加热以达到采暖效果，因此也称燃气采暖锅炉。相较于传统锅炉技术，燃气热水锅炉同时具备环保、安全、节能、全自动运行等多个优点，使用起来非常方便，另外，由于运行经济、政府政策鼓励，燃气热水锅炉越来越受到大家的青睐。但是以天然气作为主要能源的燃气热水锅炉，其中天然气虽然是一种清洁能源，但是它在燃烧过程中无法进行充分燃烧还是会产生一定的氮氧化物，也会对大气环境造成一定程度上的污染。特别是随着天然气消耗量的逐步增长，以天然气为燃料的锅炉如不进行低氮改造，将来也会对大气环境造成严重污染[1]。

常见的低氮燃烧技术一般有分级燃烧技术、浓淡燃烧技术和烟气再循环燃烧等技术，主要通过控制燃烧过程来有效减少氮氧化物的产生，进而控制氮氧化物产生的源头。其中烟气再循环燃烧技术是通过降低燃烧过程中的燃烧温度和含氧量来降低氮氧化物的产生，但是此技术会使锅炉系统的风量加大。除上述低氮燃烧技术以外，燃尽风技术也以经广泛应用于锅炉超低氮改造当中，其主要是首先应用于煤粉锅炉，该技术是以燃料充分燃烧为前提，将燃料在富燃料和富养燃料两个阶段充分燃烧，同时再将空气分级送入，从而实现降低氮氧化物的产生的目的，目前该技术也已经投入到燃气热水锅炉超低氮改造工程中。实际改造工程中，选择合适的燃气热水锅炉超低氮改造技术，可以有效控制成本，减少改动范围，降低资金投入，对于实现节能减排，践行我国可持续发展战略具有重要意义[2]。

2 燃气热水锅炉超低氮改造工程实例

2.1 项目概况

某热源单位现有一台QXS116-2.45/150/90-Q天燃气热水锅炉，目前经检测氮氧化物的排放浓度是89.65mg/m3，该燃气热水锅炉炉型为π型，内部设置省煤器、节能器以及空预器，排烟温度为100℃。另设置一台50Hz变频鼓风机，鼓风机功率为500Kw，风量为185955m3/h，风压为6558Pa，本次燃气热水锅炉超低氮改造项目目标如表1所示。

2.2 超低氮燃烧改造路线

首先我们通过对燃气热水锅炉安装超低氮燃烧器的方式来降低氮氧化物的排放，另外本次改造项目采用上文中烟气再循环燃烧技术和燃尽风技术进行支持，在保证锅炉运行平稳、高效的前提下，将氮氧化物的排放量降至15mg/m3。

根据本次项目超低氮燃烧改造路线，首先是对燃气热水锅炉安装超低氮燃烧器安装时要注意锅炉尺寸，进行优化设计，通过市场调研选择适合品牌的超低氮燃烧器，它同时具备阻力小、损耗低等特点，使得在相同负荷功率运行下，鼓风机所需功率最低。我们通过多级燃料输入，采用浓淡燃烧方式，使得在浓燃烧区域产生还原反应，降低氮氧化物的产生，在淡燃烧区域通过补充多级配风，降低燃烧温度，同样也可以起到抑制氮氧化物的产生的作用。同时本次改造项目采用半预混、半扩散的燃烧方式，这种独特的燃烧方式使得在高空气流速与低含氧量的条件下依然可以持续、稳定燃烧。

本次改造项目的烟气再循环系统，可以省略对循环风机以及鼓风机的更换，这样可以减少成本，同时也将改造范围减小，降低技术难度。烟气再循环系统是经过空预器出口烟道处取循环烟气，在经过输风管道送至鼓风机鼓风机入口处烟气混合箱内部，将空气与循环烟气在烟气混合箱充分混合，再经过鼓风机、燃烧器，送入锅炉内部进行燃烧。

本次项目根据新增燃尽风系统，具体实施方法为：在空预器的出口风道引入一部分热风，经过燃尽风输风管道，输送至锅炉内部指定位置处，在燃尽风总管道上设置调节阀，可以根据锅炉负荷调整风量。具体实施时，使一部分风不从燃烧器进入，这样可以起到减小系统阻力的作用，从而减少该锅炉鼓风机负荷，同时为尽量减少改动范围，还应该尽量使燃尽风位置原理锅炉刚性梁位置[3]。

2.3 超低氮改造后效果分析

在完成超低氮项目改造后，我们对该锅炉排放烟气中的氮氧化物和一氧化碳浓度进行检测，同时分别对锅炉半负荷状态和全负荷状态分别进行检测，在对检测结果进行分析。经过检测发现，锅炉在50%～100%负荷状态进行使用时，氮氧化物排放浓度均小于15mg/m3，说明本次改造起到了很好的降氮效果，脱硝效率达到83.5%;经检测，锅炉不同负荷状态使用时，一氧化碳排放浓度很低，接近于零，说明该锅炉经过本次超低氮改造，同时在天然气充分燃烧的基础上，达到了预期目标值。

在完成超低氮项目改造后，我们还应该对该锅炉鼓风机的运行状态进行分析，经过检测，鼓风机的运行频率是随着锅炉负荷状态的增加而增加，发现在锅炉全负荷状态下，鼓风机的运行频率为43Hz，说明该鼓风机完全可以满足超低氮改造使用。

3 结语

经过本次燃气热水锅炉超低氮改造，我们圆满达到预期目标，使得该锅炉在经济性和环保效果取得了成功。（1）经过在该锅炉上安装烟气再循环系统和燃尽风系统，使得氮氧化物排放浓度均小于15mg/m3，一氧化碳排放浓度接近于零，在实现天然气充分燃烧的同时，实现超低氮排放;（2）该锅炉脱硝效率达到83.5%，使得极大地提升了该锅炉使用的经济性;（3）我们通过安装烟气再循环系统和燃尽风系统时，采取一系列分压、减压技术手段，使得鼓风机依然能够继续投入使用，有效降低降低改造成本。

参考文献：

[1]于治国，刘铉.燃气热水锅炉超低氮改造技术及工程实践[J].节能，2016，35（07）：75-77.

[2]吴佳滨，張丽娟，彭晓军.116MW燃气热水锅炉的超低氮燃烧改造[J].节能，2018，37（06）：96-98.

[3]李晓琴，王海宇.2.3MW燃气热水锅炉低氮改造工程[J].节能，2018，37（07）：68-71.