锅炉低氮改造关键设备及技术分析

韩家才

（天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300050）

随着我国科技的不断进步及研究的不断深入，在燃料燃烧的领域中，燃料一直是能量的重要来源，但是在如今研究阶段中，燃烧的利用效率不仅低下，而且在其燃烧的过程中甚至会产生大量的有害气体，比如氮氧化物，这对我们生存的环境造成了一定的污染。为了更好的解决这一问题，燃料在经过燃烧之后，必须要经过科学的处理，才能够降低污染物的排放含量。随着环境意识的不断增强，国家环保部门也是连续出台了各项保护环境的政策，于是对燃料燃烧技术提出了更高的要求，因此合理改造低氮燃烧技术，能够有效的提高燃料燃烧的效率，更能够起到保护环境的作用，因此在锅炉工作运行的过程中，加强低氮燃烧技术的改造是势在必行的。

1 低氮燃烧技术

低氮改造主要是在锅炉的源头和锅炉的尾部进行的，简单的来说就是控制好燃烧过程、处理好烟气排放，对于锅炉燃烧工作中，低氮燃烧技术是常用的控制处理方法，根据氮氧化物的生成原理，要想在锅炉工作中减少氮氧化物的生成量，就需要合理控制好燃烧的过程，比如对燃烧时间、燃烧温度进行控制，更要处理好烟气排放工作。锅炉低氮燃烧技术发展到如今，主要是采用以下技术措施来合理控制氮氧化物的生成和排放。

1.1 空气分级燃烧

当燃料和空气达到一个合适的混合比例后，燃料的燃烧速度越快，则燃烧温度也会更高，为了降低燃料的燃烧温度和燃烧强度，需要让燃料与空间之间进行分阶段的混合，这样通过燃烧的还原性原理，能够更好的抑制氮氧化物的生成，与此同时，在较低的空气系数情况下，燃料完全燃烧，更能够有效避免因为空气系数过高而导致的排烟损失。

1.2 燃料分级燃烧

燃料的分级燃烧主要是指从不同的区域，在燃烧室内喷入燃气，然后将全部喷入的燃料进行分区域、分阶段的燃烧，其中一级燃烧，是指在氧气很充足的条件下，燃烧过程中会产生一定含量的一氧化氮；二级燃烧，是在缺氧的条件下，在还原性反应中燃烧燃料，能够将富氧条件下产生的一氧化氮再还原为氮氧化物，从而实现降低氮氧化物含量的目的。燃料的分级燃烧，能够有效抑制住燃烧的集中程度，在分区域燃烧的环境下能够更好的抑制住一氧化氮的生成。

1.3 烟气再循环技术

在燃烧过程中所产生的烟气物质，在经过环境内冷却后，有一部分会发生再循环，再次进入到锅炉的燃烧区域中，在燃烧区域中能够起到降低燃烧温度和降低燃烧氧浓度的作用，从而达到了减少氮氧化物含量生成的目的，这种则被称之为是烟气再循环技术。烟气再循环技术的原理主要是通过烟气在循环过程中产生的吸热作用，来降低燃烧的温度，降低氧气的浓度和速度，以此减少氮氧化物的生成，这对于降低锅炉氮氧化物生成含量有显著的效果。烟气再循环技术在应用过程中的效果并不是一直稳定的，其稳定性与产生循环过程中烟气含量有一定的联系，烟气发生再循环的含量一般要在20%以下，若是含量过高，则会导致出现燃烧不稳定的情况，因此会加大燃烧中产生的损失，经过多次试验的经验表明，烟气再循环技术中烟气再循环的含量为15%时，锅炉燃烧中氮氧化物的排放浓度可降低40%。

烟气再循环技术在调节烟气再循环的烟气含量过程中，锅炉风机的进口控制挡板起到了至关重要的作用，当挡板在进行控制过程中，通过处理烟气量和燃烧负荷数据，就能够归纳出锅炉最佳的燃烧曲线，从而实现对烟气含量的自动控制，再根据锅炉在不同情况下工作的情况，控制烟气含量从而能进一步控制氮氧化物排放浓度。烟气再循环技术有优点的同时，就会存在一定的缺点，技术使用中会在一定程度上降低锅炉的热效率，需要进行有效精确的控制，才能够降低对热效率的影响，此种技术能够单独使用，也可以与其他低氮燃烧技术之间进行协同作用，能够更好地降低氮氧化物的排放量。

1.4 全预混表面燃烧技术

在小型锅炉工作作业中，采用全预混表面燃烧技术能够有效控制氮氧化物的排放，在锅炉燃烧作业过程中，金属纤维的表面会发生均匀的燃烧反应，这更利于温度的均匀控制，这样一来能够更好地降低金属燃烧过程中的负荷度。金属纤维表面在燃烧的过程中，会有一定含量的氧气参与反应，一定量的空气能够有效降低燃烧火焰的温度，因此全预混表面燃烧技术能够更好的控制住氮氧化物的排放量，但是在控制过程中依然无法阻止排放热量的损失，因此在全预混表面燃烧技术的实施下，更容易阻塞锅炉头部，其发生阻塞部位也很难实施清理工作。

在降低锅炉氮氧化物生成的方面，预混燃烧具有很大的潜力，与其他燃烧技术相比较，能够更多的减少氮氧化物的生成，但是预混气体在排放过程中因为自身的稳定性较差，导致其具有较高的可燃性，在不可控的条件下甚至会出现回火的情况，会在很大程度上影响到锅炉燃烧机的使用寿命，严重的还会带来灾害性后果。由于预混燃烧比较难控制技术安全性，如今在工业中应用的并不广泛，此技术还具有一些无法忽视的缺陷，比如降低锅炉工作作业的效率、增加锅炉燃烧机排烟的损失、加大空气系数等。

1.5 水冷预混燃烧技术

水冷预混技术主要是在燃烧预混的基础上，加上了水冷却燃烧技术，锅炉中的火孔面主要是由多个火孔板组成的，在火孔板中设置好冷却的水管，能够利用灌输冷却水从而降低热量的作用，有效降低火孔板的温度，从而更进一步的降低氮氧化物的生成，同时还能够在一定程度上避免因火孔板的温度过高导致氮氧化物等混合物重新燃烧等情况的发生。

2 锅炉低氮燃烧技术改造方案

锅炉的低氮燃烧改造方法主要有以下几种：（1）保留原来的锅炉，更换低氮燃烧器；（2）更换锅炉和燃烧器。在低氮燃烧技术的改造过程中，因为考虑到了锅炉燃烧器的结构与低氮燃烧技术之间无法形成适当匹配，因此在改造过程中一般不会改造锅炉的整体结构。

2.1 更换燃烧器

如果锅炉投入工作作业的时间较短，同时锅炉的整体受热面积能够满足锅炉改造的条件，那么就可以选择更换锅炉燃烧器的方式来进行改造。选择锅炉设备的型号时，首先要确定锅炉的深度和直径，在掌握了锅炉的各项参数数据之后，才能够进一步选择合适锅炉的燃烧技术。在一般情况下，对于蒸汽锅炉和承压锅炉来说，最好是先选择分级燃烧技术，然后参考烟气在循环的燃烧器，针对小型的锅炉来说，一般选择全预混表面燃烧技术，在实施改造之前，应当全面检查锅炉房的现场环境，在测量锅炉空间参数数据之后，才能够更好的保证锅炉改造的安全性，也能更好的避免改造预算超支和设备使用等问题。

2.2 更换锅炉

改造锅炉若是选择整体更换锅炉，也就是说要更换锅炉和燃烧器，在改造的过程中不仅要选择合理适当的燃烧技术，还应当充分考虑到更换措施的经济性、可靠性以及稳定性等要素，在综合考虑了改造成本高低和改造技术可行性的基础上，才能够进一步确定改造实施方案。在一般情况下，更换锅炉整体结构必须要选择相同规格的置换方式，比如原来的锅炉中安装的是2台5.5MW的锅炉，在更换锅炉和燃烧机之后，依然要更换2台相同规格的锅炉，这样的改造方式虽然会对锅炉工艺管线和辅助设备造成一定的改变，但是对整个锅炉的结构并不是产生较大的改动，从而能够在一定程度上减少锅炉的改造成本，减少改造的时间期限。比如，按照某市某小区的锅炉房为例，其供热面积大约为5万m2，原来设置的是4台锅炉（规格：1.5MW），在改造的方案中，选择了8台锅炉（规格：600kW），且从热水锅炉改变成为了低氮冷凝锅炉，且两者之间互相为备用的关系，这样一来能够减少改造的成本，节约锅炉改造的投资成本。在因为环境因素的原因而不适用的锅炉改造中，可以选择水冷预混系列的锅炉，这种低氮冷凝的锅炉与原本热水系统锅炉相比，能够更好地降低改造中投入的成本。

比如，某市物业公司有多个锅炉房，且大部分锅炉还处在地下室中，如果该物业公司选择了承压的锅炉，则在锅炉使用过程中很大的概率会造成安全上的隐患，因此在改造锅炉过程中，将锅炉的类型从承压型锅炉改成真空型锅炉，则能够降低锅炉工作的功率，以此避免安全隐患，提高改造的效率。

3 改造案例

3.1 小型锅炉的改造

某小型锅炉房的供热面积约15万m2，此锅炉房中原有2台哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的燃气热水锅炉，锅炉燃烧机以及其配套辅助设施在实施改造之前，氮氧化物的排放浓度为160mg/Nm3。在2020年底完成了低氮改造之后，采用了德国生产的燃烧机，燃烧机与锅炉风机为一体，调节比例为1-5，同时采用烟气循环技术，在经过低氮改造之后，经过检测锅炉排放的氮氧化物，发现氮氧化物的排放浓度降低到了50mg/Nm3。

3.2 大型锅炉的改造

某大型锅炉房的供热面积为30万m2，原有2台中国东方电气集团有点公司生产的燃气热水锅炉，此锅炉主要是以天然气能源作为燃烧的燃料，锅炉运行工作的方式则是采用微正压运行方式，锅炉燃烧机以及配套设施是由德国威索公司提供的技术支持，在改造之后，锅炉的氮氧化物排放量为160mg/Nm3。与小型锅炉房一起完成了改造，采用德国燃烧机进行比例调节，进行低氮燃烧技术改造后，发现锅炉氮氧化物的燃烧浓度降低到了52mg/Nm3。

4 结语

总的来说，在锅炉作业的过程中，低氮燃烧技术的主流是烟气再循环技术和分级燃烧技术，而民用的锅炉则会选择全预混表面燃烧技术，能够实现用户的计量供暖模式。随着我国科学技术的不断发展，低氮燃烧技术的性能会不断的提升，为了降低锅炉工作中对环境造成的不良影响，从根本上就要合理控制好氮氧化物等污染物的排放量，因此在低氮燃烧技术的改造过程中，首先要针对锅炉的情况进行有效的分析，选择先进的技术和合理的措施进行改造，以此从根本上改善我们的生存环境。目前，我国锅炉低氮燃烧技术已经发展的日益完善，与此同时有关工业企业更应当全面响应政府“节能环保”的号召，尽快在工作体系中完成低氮燃烧技术的改造，从而减少氮氧化物的排放含量，保护好我们赖以生存的环境。