燃气锅炉低氮改造技术

摘要：本文首先介绍了燃气锅炉排放物NOx的危害。作者参与了医院在用燃气锅炉低氮燃烧改造，被邀请作为技术顾问再次对本市某宾馆燃气锅炉低氮燃烧改造进行探讨，本文主要介绍了下面的改造方法：更改锅炉燃烧器、进行燃烧机预混、增加烟气再循环系统（FCR系统）以及更换相关的控制系统。再对改造后的燃气锅炉的应用进行说明。

关键词：燃气锅炉;低氮改造技术;应用

引言：

燃气锅炉的主要排放物NOx是污染大气的主要危害气体之一，近年来燃气锅炉的使用越来越广泛，导致NOx的排放量越来越多，因此国家非常注重对NOx排放量的控制。

该宾馆作为一个四星级宾馆，每天前来住宿、洗浴的人有很多，每天需要大量的热水供应，并且在供暖期也要保证房间温度，因此离不开燃气锅炉的使用，每天都会排放大量的NOx。目前国家对NOx的排放量提出了更高的要求，为了响应国家的号召，所以我们要积极采取措施降低NOx的排放量。以我市为例，要求NOx的排放量不得高于150mg/m3，要对所有不满足排放要求的燃气锅炉进行改造。

在此锅炉的低氮燃烧改造项目中，该锅炉是2016年设计，2017年投入使用，并且当时的燃气锅炉的NOx排放标准是浓度不得高于400mg/m3，按照目前的排放标准，原来的燃气锅炉设计已经不能满足需求，因此需要进行改造。

1 燃气锅炉改造方案

对于该项目的改造计划是设计一台14MW的燃气锅炉和1台28MW的燃气锅炉。14MW的锅炉采用1台型号为GS190的燃烧器，配套一台风量为 ，风压为8287Pa，功率为55kW的鼓风机，28MW的锅炉采用2台型号为GS190的燃烧器，配套一台风量为 ，风压为8287Pa，功率为55kW的鼓风机。

这次的燃气锅炉低氮改造是为了相应国家的环保政策，达到NOx排放量低于150mg/m3的排放要求，我们从更换燃烧器、进行燃烧机预混、增加FCR系统以及更换相关控制系统等方面进行改造。

1.1 更换燃烧器

由于该宾馆锅炉投入使用时间较短，经过检查锅炉的受热面积满足只更换燃烧器的改造要求。更换燃烧器首先要考虑的是燃烧器的型号，首先测量锅炉的受热面就是测量炉膛直径和深度，看燃烧器的型号是否与锅炉相匹配，再了解锅炉的背压，以便确定选择哪种燃烧技术。

为了选择合适的锅炉燃烧器，我们对市场的燃烧器进行了调查。对于蒸汽锅炉可以优先选择分级燃烧与烟气循环相结合的燃烧器，通过调查以下几种燃烧器比较适合：欧科、宝尔菲、扎克等品牌;而对于小型的低氮冷凝常压锅炉可以采用全预混表面燃烧技术，比如富尔顿、诺科等品牌的产品。更换后的新型低氮燃烧器采用电子比例调节控制的，以使风气更加精准并且可以提高燃烧效率，这样既可以降低NOx的排放量，也可降低改造成本。

分级燃烧的燃烧器是将燃料和空气分级送入炉内。燃料分级是将大部分的燃料送入主燃烧区内，将生成的NOx还原成N2。燃料的燃烧需要空气，空气分级就是将燃料燃烧所需要的空气分阶段的送入炉内。分级燃烧可以使得燃料充分燃烧，能够降低成本，并且采用分级燃烧可以减少60%左右的NOx的排放，降低NOx的生成量。

在更换燃烧器之前我们要对锅炉进行实地勘察，检查安装空间，熟悉运输通道的情况，并且要充分了解锅炉的运行状况以及锅炉运行的主要参数，以免在安装燃烧器时发生设备难以进场、费用预估不准确以及增大施工难度等问题。

1.2 燃烧机预混

预混燃烧可以通过预混氧化剂的含量预测燃料能否完全燃烧。预混燃烧就是在燃烧前将燃料和氧气充分混合，使得燃烧温度升高、增大燃烧强度，通过控制燃料和氧气的比例可以有效控制燃烧温度，从而控制热力型NOx的产生。

相比较于非预混燃烧而言，预混燃烧能够减少85%左右的NOx的生成。但是预混燃烧的可燃性高导致火焰稳定性差，无法很好的控制回火现象，这样不仅会影响燃烧机的使用寿命甚至会给燃烧机造成严重后果。目前的预混燃烧技术难度大，存在安全控制问题，并且会增加排烟损失，降低锅炉的工作效率。

1.3 整体更换锅炉

对于锅炉使用时间过长，不适合只更换燃烧器时，我们就要整体更换锅炉加燃烧器，这时除了考虑燃烧器的功能之外还要考虑经济性和可靠性等因素，充分考虑改造技术和改造成本，设计合理的改造方案。在更换锅炉时，我们最好采用与之前同等规模的置换模式，这种方法可以降低改动成本，降低难度缩短工期。

1.4 增加烟气循环系统

增加烟气循环系统可以有效降低NOx的排放量，下面介绍一下烟气循环系统的工作原理。

烟气循环系统的工作原理就是讲锅炉排烟的 与炉外的空气混合后重新进入锅炉内。在选择烟气循环系统的安放位置时，要将其放在锅炉内的适当位置，对系统做保温处理。在锅炉的鼓风机吸入口安装上混合箱，从而使锅炉内的烟气与炉外的新鲜空气充分混合，再将混合后的空气吸入锅炉内。但是在冬天温度降低的情况下，再循环后的烟气在和炉外的空气混合后温度会降低，会导致通风道中的产生冷凝水，为了避免这一情况的发生，我们可以先对炉外的空气事先预热，采取的预热措施是将炉外的冷空气事先通过空气预热器预热到 左右在进入炉内。将空气预热器安装在空气入口处，将炉外的空气加热后与再循环烟气混合，平衡两者的温度，避免在通风道内产生冷凝水。

因为在炉内安装烟气循环系统后，原有的鼓风机的风量和压力无法满足现在的要求，所以要将55kW的鼓风机更换为75kW。我们可以采用变频鼓风机，降低电能的消耗。再将鼓风机的变频柜和炉内燃烧器的控制柜与原本锅炉的控制柜进行对接。

将14MW的燃氣锅炉更换一台鼓风机，28MW的燃气锅炉更换2台鼓风机。更换后变为风量 ，风压为 ，功率为75kW的鼓风机。并且在烟气循环系统的管道后面安装烟道自动挡板阀，可以根据负荷程度有效调整烟气的循环量。经过这样的改造后，燃气锅炉的NOx排放量明显低于150mg/m3，满足我市的环保要求。

1.5 改造锅炉的相关控制系统

14MW的燃气锅炉将相关控制系统改造后的设备情况为低氮燃烧器1台、燃烧控制柜1套、1套DN125mm的燃气管道阀组1套、功率为75kW的鼓风机1台、风机变频柜1台和烟道自动挡板阀1个。14MW的燃气锅炉改造后的相关参数为输出热功率1800-14400kW，分体式结构，进行全电子比例调节，并且每台的调节比为1：8。28MW的燃气锅炉改造后的设备情况是14MW的燃气锅炉的2倍，参数与14MW的燃气锅炉相同。

2 锅炉改造的应用

以上燃气锅炉低氮改造技术已经在宾馆的燃气锅炉中使用，通过上述改造方法，该宾馆燃气锅炉的NOx排放量明显降低，已达到国家要求的排放量，证明以上方法实用有效。

3 结论

本文的主要内容就是介绍了燃气锅炉低氮改造的技术和在在用燃气锅炉改造中的应用，通过以上方法可以有效降低NOx的排放。并且通过研究发现，分级燃烧技术和烟气再循环技术将是未来低氮燃烧的主要技术。通过低氮改造，有效降低了NOx的排放，符合我国的环保要求，值得在全国范围内推广。

参考文献：

[1] 北京市环境保护局.北京市锅炉大气污染物排放标准：DB11/139-2015[S]，2015.

[2] 李永华.燃烧理论与技术[M].北京：电力出版社，2014.

[3] 冉景煜.工程燃烧学[M].北京：北京电力出版社，2014.

作者简介：吴世铜（1990-07-），男，汉族，本科，助理工程师，宁夏石嘴山人，研究方向：电气自动化，电梯。