燃气锅炉大气污染物达标排放措施分析

2021-08-16李金娟山东省青州市污染物总量排放控制中心

节能与环保 2021年7期

关键词：燃气锅炉氮氧化物炉膛

文_李金娟山东省青州市污染物总量排放控制中心

1 锅炉大气污染物排放控制策略

1.1 锅炉大气污染物排放浓度计算分析

部分排污企业为了控制自身的污染物排放浓度，选择加大空气量稀释污染物排放浓度。根据《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014）可知，可将烟气锅炉颗粒物、二氧化硫等指标的排放浓度可折算为基准氧含量排放浓度。公式：

1.2 控制燃气锅炉大气污染物排放措施

1.2.1 严格控制烟气中的氧含量

燃气锅炉的基准氧含量取3.5%，按照上述公式计算可得出大气污染物浓度折算倍数与氧含量关系，详见表1。

表1 大气污染物浓度折算倍数与氧含量关系

由表1可知，当烟气实测氧含量达到12.25%以上时，折算倍数能够达到2，一旦超过12.25%实测氧含量数值之后，折算倍数将呈现指数级的增长趋势，当烟气实测氧含量达到21%时，则折算倍数能够达到无穷大。因此需要控制燃气锅炉大气污染物排放指标过程中的烟气氧含量。

（1）要控制好配风量

通过相关数据核算制定炉膛负压范围，设置锅炉正常运行期间炉膛负压为20～30pa范围以内，一旦燃烧风机的给风量超出规定范围时，将会导致炉膛内出现空气富余的情况，影响锅炉的热效率，继而增加锅炉烟气中的含尘量和氧含量，为此需要借助先进的燃烧控制管理系统，实现对锅炉负荷系数和燃烧风机配风量的有效控制。

（2）最大程度减少燃炉的低负荷运行时间

工作人员需要按照相关规范要求，将锅炉负荷程度系数控制在70%以上。燃气锅炉长期处于低负荷运行将会出现有效燃烧面积不足的问题，造成大量空气在锅炉炉膛内未能被充分利用，导致烟气中氧含量不断增加，影响燃炉的运行效率，造成污染物排放数量大幅度增加。

（3）应用多台烟囱及烟气在线分析仪

锅炉系统漏风情况发生的主要因素为设备问题和烟道漏风问题。通常情况下，锅炉系统的漏风位置主要发生在火焰观察孔区域、引风机挡板区域和鼓风机挡板区域，同时烟道损坏问题也会导致锅炉系统出现漏风问题。一旦多余的空气进入燃烧烟气中，在烟囱抽力的作用下空气将进入烟道，造成烟气氧含量增加。倘若几台锅炉共用一个烟囱和烟气在线分析仪，在锅炉切换、检修过程中将会导致大量空气从未运行的锅炉和烟道中进入烟囱，最终导致烟气氧含量测量数值偏高。

1.2.2 有效降低烟气中氮氧化物实际排放浓度

燃气锅炉应用过程中常用的燃烧原料为天然气，排放中的烟气颗粒物含量和二氧化硫浓度相对较低。要想有效降低燃气锅炉的氮氧化物排放量，需要降低热力型NOX的生成，降低燃料周围的氧浓度和燃烧浓度。

（1）灵活应用分级燃烧技术

燃气锅炉应用分级燃烧技术，锅炉系统可将燃烧过程分为三个区域，分别是“主燃区域、再燃还原区域和完全燃烧区域”，其中高温和还原性气氛下所产生的碳氢基团，可将主燃烧区域产生的NOX还原成分子N2和中间产物等基团，在完全燃烧区域送入燃烧所需求的剩余空气，继而完成燃尽过程。根据相关研究统计表明，采用分级燃烧技术可减少50%～70%的NOX排放。

（2）灵活应用烟气再循环技术

燃气锅炉应用烟气再循环技术过程中，需要将一部分的炉膛尾气返回至配风系统，继而降低炉膛内的燃烧温度和氧浓度，达到降低NOX生产量的目的。烟气再循环技术可细化为烟气内循环技术和烟气外循环技术。现阶段常用的烟气再循环技术为烟气外循环技术，从锅炉系统的尾部烟气出气口抽取烟气，将其排放添加至二次风或是一次风，借助燃烧风机将烟气送入炉膛。需要注意的是，在应用该技术时需确保再循环量不能太多，避免出现炉膛温度降低过多导致燃气炉膛燃烧不稳定情况的发生。

（3）灵活应用低氮燃烧器技术

低氮燃烧器是一种特殊结构设计的燃烧器结构，能够确保燃料与空气分段性燃烧，有效降低点火区域的温度和氧浓度，实现对热量吸收体的有效吸收，避免出现燃烧温度过高现象，有效抑制NOX的生成量。烟气再循环技术作为有效降低氮氧化合物排放量的技术，其在燃气燃烧炉中的应用效果极为显著。

2 优化燃气锅炉的大气污染物排放水平的保障路径

2.1 确保充分燃烧

天然气作为优质能源燃料，在燃烧过后并不会产生有害气体，但在锅炉燃烧后的尾气排放处理过程中，需要将二氧化碳等尾气进行收集，继而达到尾气综合利用的目的。燃气锅炉系统运行过程中，氧气能够发挥助力作用，在燃气锅炉过程中需要为其提供适宜的氧气量，避免出现氧气过多带来的负面反应。

原料预处理工作是强化燃气锅炉燃料全面应用的重要路径，倘若原料供应出现问题，锅炉在燃烧过程中则无法充分燃烧原料，不仅影响燃料的利用率同时也会增加燃烧能量的有效释放，增加氮氧化物的烟气含量。因此需要根据燃烧原理，对燃烧器的大小和燃料的输入量进行调整，实现天然气燃烧率的有效提升。此外需要设计并应用低氮燃烧器，通过转变燃气锅炉的燃烧方法、空燃比例，继而有效降低燃气锅炉中氨氧化物的生成数量，确保燃气锅炉的大气污染物排放能够环保标准。

2.2 实现烟气系统的有效改造

从技术角度来看燃气锅炉的原料燃烧效率与实际运行情况较为相似，若炉膛内的天然气无法充分燃烧，将会导致一部分的天然气燃料被浪费。燃气锅炉在实际运行过程中，常常会出现供热情况不断发生变化的问题，导致供热量与原料对比期间产生误差。为此燃气锅炉需要设置有效的节能控制管理系统，根据总热量的需求变化情况进行燃气和空气输送量的调整，在保证必要热量需求供应的同时，还能避免出现燃气资源的浪费。此外需要在燃气锅炉的原有烟气系统中增加脱硝设备，灵活应用选择性催化还原技术（SCR）、氧化脱硝技术等技术方法，大大降低燃气锅炉系统的氮氧化物排放值，在严格控制燃气锅炉炉膛氧含量的前提下，有效控制锅炉高温区域的气温，降低锅炉的烟气氨氧化物排放量。

2.3 控制烟气的含氧量实现尾气的回收利用

在烟气量控制阶段，需要按照控制系统算法结果来进行调整工作。燃烧控制算法具备一定的人工指导功能，因此能够根据锅炉的燃料需求设计原料的需求量，通常借助人工设定的手段以锅炉燃烧效率为基础对锅炉的运行时间进行人为设定。不同类型的燃气锅炉所需求的燃烧时间存在一定差异，因此需要对锅炉开展符合热量需求的调整工作。为了降低燃气锅炉排放过程中的大气污染物，需要对烟气的含氧量进行控制调整，降低烟气中的含氧量。如可在锅炉燃烧系统中增加人工控制回路，对燃气锅炉中的原料流量和空气流量进行合理控制，进一步提升原料燃烧的经济性，有效控制烟气中的含氧量。

2.4 控制锅炉增减负荷的速度

设备生产过程中需要应用大量电能，因此需要全面充分了解设备的运行情况，对锅炉房的设备搭配压进行研究应用，让设备电能可利用锅炉余热进行发电，通过一系列的搭配设置强化燃气锅炉的节能效应。此外将智能控制系统应用至燃气锅炉系统期间，仅需要对系统运行情况进行检测即可，继而有效降低燃气锅炉的安全事故发生机率，确保燃气锅炉的大气污染物能够达标排放。

燃气锅炉在应用过程中锅炉增减负荷速度过快时，将会大大增加燃气锅炉的氮氧化物排放量，一旦燃气锅炉的压力发生突然性变化需要及时调整负荷，继而有效减少氮氧化物的排放量。