浅谈低氮燃烧器改造后对锅炉运行的影响

李任华 何海涛

摘要：计入新时代以来，由于社会的快速发展，带动了我国科学技术水平的进步，新技术的运用越来越广泛，低氮燃烧技术作为一项符合绿色生产理念的新技术，也在不断地进行改造。本文分析了低氮燃烧技术，简单分析了低氮燃烧器，并且重点对低氮燃烧器的改造和对锅炉运行的影响进行了探讨，主要体现在六方面，包括稳定性、内部环境、再热气温、结焦、可燃物及运行效率，旨在能为进一步科学、合理地改造低氮燃烧器提供一份建议。

关键词：低氮燃烧器;改造;锅炉运行

引言

企业中燃气锅炉的污染排放问题一直为人诟病，其排放产物氮氧化物及二氧化硫等是造成大气污染的主要诱因，而氮氧化物对人类健康的危害也已人尽皆知。随着国家加大环境保护力度，追求降低氮氧化物排放量、提高居民生活环境质量的目标已刻不容缓。为了使锅炉烟气中的氮氧化物排放浓度达到国家标准，本文对燃气锅炉的超低氮燃烧器技术进行了应用研究，以期实现了降低氮氧化物排放浓度的目标。

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0.5～20t/h，相当于0.35～14MV，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低氮燃烧技术

2.1燃料分级燃燒

它是指将燃料分成几股燃料流，然后让这几股燃料流在燃烧区进行燃烧反应，把75%～80%的燃料流放入到主要燃烧区加富氧进行富氧燃烧，将剩下的20%～25%送到再燃烧区进行缺氧燃烧，这样在主燃烧区的产物NOX被还原，从而减少氮的排放量。

2.2对燃烧空气的预处理

其一，高温空气燃烧技术，属于深度、温和低氧稀释性燃烧，可以使燃料在低氧的环境中处于稳定燃烧状态。其中低氧环境指的是空气中含有2%～20%的氧气。相较于传统燃烧技术，高温空气燃烧技术可以减少约70%的NOx排放量。大量实验数据显示，在高温环境中燃烧空气，其预热温度和氧气的浓度均会对NOx的排放量产生一定的影响：一般来说，NOx的排放量会随着空气预热温度的提升而增加，同时氧气浓度的上升会使火焰峰值温度变大，增加NOx的排放量。其二，柔和燃烧技术，又名无焰氧化技术或无焰燃烧技术。此技术的原理是在燃烧中混合物的自然温度应高于最大的温升燃烧反应。经过试验显示，射流速度提升会导致烟气的回流比和卷吸率升高，减少火焰的峰值温度，降低NOx的排放量。不过柔和燃烧技术具有一定的劣势，只能在排烟温度较高的情况下利用炉外的空气预热和炉内的高温烟气回流方法来实现。

2.3烟气再循环技术

烟气再循环技术是将烟气通入到火焰区域当中，以此来促使燃烧温度降低，并且通过加入烟气来促使O2分压得以降低，以此来使得热力型NOx的反应减弱，NOx的生成量降低，烟气再循环技术包括外部烟气再循环与内部烟气再循环两种。其中，外部烟气再循环的结构示意图如图1所示，其反应过程为烟气由燃气锅炉出口经过一外部管道而接入到燃烧器空气入口，由燃烧器重新进到锅炉膛内而进行燃烧过程，通过实验证实，利用外部烟气再循环能够将燃气锅炉NOx生成量降低70%左右;内部烟气再循环指的是通过合理设计燃烧器与炉膛的结构，来促使炉膛内的烟气回流至燃烧区域而参与燃烧反应，在工业应用中可以借助高速喷射火焰的卷吸作用等来实现内部烟气再循环。燃气再循环技术应用起来比较简便，但是其燃烧稳定性较差，并且会在一定程度上降低锅炉效率。

2.4贫燃预混燃烧技术

贫燃预混燃烧技术指的是先将燃料与过量空气进行充分混合，再将混合气体通入锅炉里面，然后点火进行燃烧。利用贫燃预混燃烧技术可以确保燃料得以充分燃烧，通过注入过量的空气可以促使燃烧温度降低，以此来降低NOx的生成量，已有实践证明，此工艺技术通过对燃烧温度进行调控，最高能够使NOx的生成量降低85%左右。因该工艺是在偏离理论空气量情况下燃烧，所以燃烧过程极不稳定，易出现振荡燃烧与火焰吹熄等现象，同时，该工艺的实际运行条件极为严苛，一旦操作不当，则有可能引发爆炸事故，故一般对于容量在20t/h以上的工业锅炉，该技术不再适用。

2.5热电联产技术

当前大多数燃油燃气锅炉应用于单一发电或者供热环境中，尚未实现科学的梯级运用，综合使用能效较低。热电联产技术可以利用管网换热站进行换热工作，再将热水向用户供给或者直接供应蒸汽，充分利用蒸汽热量，提升机组热效率。结合多种近汽参数将全厂的热效率由之前的30%～40%提升到70%～80%。例如丹麦地区已经将热电联产技术作为能源计划的基础，此技术的发电量可以达到总发电量的30%，芬兰地区的占比甚至达到70%，成为当今节能提效的主要技术。

3低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响

3.1对锅炉燃烧时稳定性的影响

锅炉的稳定性体现在很多方面，其最主要的体现是在温度的稳定性以及运行过程中的稳定性上。低氮燃烧器在一次喷风口安装了浓淡组合，而且利用热回流接力燃烧等技术，在燃烧过程中根据热力与动力不对称原理进行设计，使喷口处的煤粉热解后与锅炉中心的复合射流大涡进行连接，热回流碳粉的较高回流率使停留时间变长，提高了环涡内燃烧产生的热量，使温度升高影响着锅炉的运行;低氮燃烧器的改造又在氧气的数量上进行了控制，在燃烧过程中氧气需要满足燃烧条件产生热量，由于氧气数受到了控制热量的产生也就受到了抑制，从而影响着锅炉的运行。两种运行方式的存在影响着锅炉的稳定运行。

3.2对锅炉再热气温的影响

低氮燃烧器在改造后将原来的燃烧器标高下移，对再热气温有很大的影响，低氮燃烧器改造后由于机组协调缓慢的问题使得锅炉压力的跟踪调整跟不上，容易造成超调现象，使得气温的变化幅度变大。改造后的低氮燃烧器有一组摆动火嘴，当喷口向上摆动蒸汽的温度会上升，喷口向下摆动时温度会下降，但因为只有一组摇动火嘴所以温度调整速度受限，调整的时间过长加上风次配比受到低氧条件的控制，影响着机器的效率。为了保证锅炉出口温度在规定范围内低负荷，需要使用制粉系统，这样又会导致受热面温度过高，很难再不超温的情况下还能保持出口温度保持在规定范围内，影响着锅炉的运行。

结语

综上所述，锅炉在运行时，其性能优劣会受到很多因素的影响，虽然低氮燃烧器改造对锅炉的运行有着一定的影响，但为使能源清洁，并且减少对环境的危害，还是需要结合实际优化对低氮燃烧器的改造，也可以通过规范低氮燃烧器改造过程，提高锅炉运行可靠性，从整体上提高低氮燃烧器改造技术。

参考文献

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[3]薛新伟，张志强.300MW贫煤锅炉低氮燃烧器改造对汽温的影响[J].山西电力，2017（2）：55～57.