燃油燃气锅炉低氮燃烧及能效提升工作

2020-12-09胡亮

中国金属通报 2020年2期

胡亮

（江西金辉锅炉制造有限公司，江西吉安 343000）

全国人大于2016年12月25日审议通过了《中华人民共和国环境保护税法》，并于2018年1月日实施。相关部门根据我国实际情况，制定了十三五节能减排目标，出台了一系列支持节能减排的政策和措施。全国各地纷纷对大气污染物的排放标准进行修订，特别是大幅提高了锅炉氮氧化物（NOx）的排放限制，其严厉程度达到甚至超过了发达国家锅炉烟气排放标准。自2015年以来，北京等重度污染城市和地区，加速实施在用锅炉低氮改造工程。更换低NOx燃烧器是最直接有效的方案。采用烟气再循环燃烧方式和全预混表面燃烧等措施也是降低锅炉烟气NOx排放的有效方法。本文分析了锅炉污染物排放中NOx的形成机理及减排技术措施，通过实际案例阐明大量在用锅炉进行低氮改造的有效途径。近日，燃油燃气锅炉低氮燃烧及能效提升工作推进会在某科学节能展示馆召开[1]。

1 燃油燃气锅炉结构分析

近年来国家燃气燃油锅炉发展速度迅猛，设计水平不断提升，产品结构具有多样化。当前燃气燃油锅炉主要包含以下几种结构：其一，立式火管类型，主要应用在0.35MV（0.5t/h）及以下的小容量锅炉，优势是占地面积较小、结构组成单一。其二，卧式火管类型，锅炉容量在0.5t/h～20t/h，相当于0.35MV～14MV，其结构较为紧凑，便于工作人员进行检修。其三，立式水管类型，其锅炉容量为2.8MV（4t/h），产气快、结构紧凑，不过此设备对于水质的要求较高，检修工作开展较困难。其四，卧式水管类型，此结构属于较普遍的炉型，整个锅炉的容量最大可以达到29MV（50t/h）左右，检修方便，炉型结构较成熟。同时，燃气燃油锅炉中还包含π型散装结构与双锅横置结构。

2 燃油燃气锅炉低氮燃烧及能效提升工作途径

2.1 排放

在锅炉燃烧时，排烟烟气中氧含量和过量空气系数是影响热效率的主要因素，因此需要控制锅炉排烟含氧量和过量空气系数，并让燃料在最佳燃烧区充分燃烧，以便提高锅炉热效率。对于燃油锅炉，应注意燃油中含有硫（S），在燃烧过程中，会形成SO2，这会对设备产生腐蚀，应注意防护。对于燃气锅炉，由于天然气主要成分是CH4，其他成分也主要是碳氢化合物，几乎不含硫，是一种清洁能燃料。天然气燃烧后的主要烟气成分是：CO2、H2O、N2、NOx。为贯彻《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》等法律、法规，保护环境，防治污染，促进锅炉生产、运行和污染治理技术的进步，国家制定了锅炉大气污染物排放标准，增加了燃油、燃气锅炉烟尘、烟气黑度、二氧化硫、氮氧化合物的最高允许排放浓度限值。未来的锅炉会更加的低氮、节能、高效、环保[2]。

2.2 空气分级燃烧

燃料和空气在理论当量比条件下的预混燃烧，速度快，温度高。将燃料燃烧所需的空气分阶段与燃料混合燃烧，降低燃烧强度和火焰温度，而且在还原性气氛中更有利于降低NOx的产生。过量空气系数约为0.8的一次空气，对NOx的产生有明显的抑制作用，剩余的二次空气与“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，实现燃料的完全燃烧。空气分级燃烧，既可抑制NOx的产生，同时可使燃料在总的过量空气系数较低的情况下完全燃烧，避免过量空气系数偏高增加排烟热损失。但另一方面，由于燃料与空气的混合及流动方式不佳，造成局部积炭等不完全燃烧的现象，需合理的产品结构设计。

2.3 高参数、大容量的锅炉整装化

随着燃油燃气锅炉的市场比重的提升，其应用领域逐渐扩大，高参数、大容量的燃油燃气锅炉的使用量不断提升，通过强化其整装化技术能力，减少锅炉表面的热量损失，提升锅炉运行效率，满足市场需求。其一，大容量锅炉容易受到运输宽度的约束，若想减少工作现场的工作量，提升工作效率，可以通过模块组装的锅炉结构使对流受热面与炉膛分开，当安装条件具备后，再通过耐高温的膨胀节进行连接，不仅可以满足对流受热面的面积流通要求和炉膛燃烧尺寸要求，还可以降低技术人员进行现场安装的工作量，利用微正压燃烧形式和膜式水冷壁结构提升锅炉出厂容量，提升燃油燃气锅炉的整体运行效率[3]。其二，对于中温中压参数类型的锅炉，需要考虑锅筒壁和水循环安全性。若设置π型散装结构，会出现金属消耗量大，安装周期较长的情况。因此，可以根据SZS快装水管锅炉结构，设计新式三锅筒水管锅炉，克服参数高、容量小的问题，减少燃料的消耗量、安装时间，提升设备能效。其中，新式锅炉利用三分体结构，其中20t/h～40t/h锅炉主要包含省煤器、顶置汽包、锅炉主体组件等结构。45t/h～75t/h锅炉主要设计成四体式结构，包含对流管、炉膛组件、省煤器、顶置汽包等结构。

2.4 安全性

燃油燃气锅炉的自动化程度很高，而且配有多种安全保护措施，如漏电保护即漏电自动切断电源；过热保护即锅炉水温超高达到报警温度时，自动停止燃烧器同时警报灯响起；二次过热保护即锅炉外壳温度超过设定温度时，自动切断二次回路，并停炉；超压保护，当压力达到设定温度自动关闭燃烧器；水位电极棒监测水位防止锅炉干烧，当锅炉水位达到、低于极低水位时，立即停炉，避免事故。燃烧器配有熄火保护装置，能瞬间切断气源，保证安全运行。

2.5 烟气再循环

主要指将占理论空气量约15%～25%的排放烟气循环回到助燃空气中，使得助燃空气中的氧气浓度低于21%，且含有一定量CO2。这样会降低燃气的燃烧反应速率，从而使燃气的燃烧时间延长，减少了单位空间和时间内释放的热量。同时烟气再循环将使燃烧室中的烟气量有所增加，火焰的平均温度也有所降低。这些都有利于抑制热力型NOx的生成。

2.6 提升锅炉含氧量

加强锅炉燃烧效率的前提需要确保设备在燃烧工作中具有稳定的二次风供给，利用氧气的供给量提升锅炉的燃烧效率。

燃烧负荷需要与之对应的氧气含量，适当的氧气含量可以将排烟损失降到最低，提升锅炉燃烧效率。锅炉机组在实际运行中通过BLR会有较大的负荷波动，出现锅炉内的氧气含量不足或遇到负氧的情况，对于锅炉的整体燃烧效率造成严重的影响，对接下来的脱硫工作造成限制。因此，建议技术人员在锅炉燃烧时侧重对送风量的调整，确保有足够的氧气含量来支持设备工作。