汪魯成 張 鵬

（菏澤旭陽鍋爐設(shè)備有限公司，山東 菏澤 274000）

1 NOx的生成機理

氮的氧化物（NOx）是大氣污染物之一，在燃燒過程中形成的NOx主要為NO和NO2。根據(jù)燃燒中生成的NOx機理不同，主要分為“熱力型NOx”“快速型NOx”和“燃料型NOx”三種。

1）熱力型NOx。燃燒過程中，氮氣在高溫下持續(xù)氧化生成的NOx，即為熱力型NOx。捷里道維奇機理：當溫度低于1500℃時，熱力NOx的生成量很少；高于1500℃時，溫度每升高100℃，反應(yīng)速度將增大6-7倍，NOx的生成呈指數(shù)上升趨勢[1]。過剩空氣系數(shù)影響氧氣濃度和燃燒溫度。當過?？諝庀禂?shù)接近1.0時，NOx生成濃度最大。因為當過?？諝庀禂?shù)遠小于1.0時，燃料過濃，氧不易與氮氣生成NO。而當過?？諝庀禂?shù)遠大于1.0時，燃燒溫度降低，NO也減少。

2）快速型NOx?？焖傩蚇Ox是由于燃料中碳氫化合物高溫分解生成的CH自由基，CH自由基破壞空氣中N2分子鍵，生成HCN、NH、N，再與火焰中的O、H等原子基團反應(yīng)生成NO。HCN是快速型NOx生成化學反應(yīng)的中間產(chǎn)物。過?？諝庀禂?shù)是快速型NOx生成的決定因素，當過?？諝庀禂?shù)大于1.0時，基本不生成快速型NOx?？焖傩蚇Ox的生成量占比不足5%，不是燃氣鍋爐NOx排放的主要來源[2]。

3）燃料型NOx。燃油中有部分氮化合物，燃油時會生成部分燃料型NOx。煤燃燒時約75%～90%的NOx是燃料型NOx。天然氣基本不含氮化合物，因此，燃氣鍋爐基本不需要考慮燃料型NOx的影響。

鍋爐低氮燃燒改造主要有兩種方式，一是加裝低氮燃燒器，另一種是更換低氮排放的燃氣鍋爐，兩種方式均可降低鍋爐尾氣中氮氧化物濃度，實現(xiàn)達標排放。由于加裝低氮燃燒器的改造方式投資小、工程簡單、技術(shù)較成熟，多數(shù)單位采用加裝燃燒器的改造方式。

2 案例分析

某公司現(xiàn)有中小燃氣鍋爐五臺，燃氣蒸汽鍋爐基礎(chǔ)NOx排放為80mg/m3左右，需要通過提標改造降低至50mg/m3以下。NOx排放的控制可通過抑制熱力型和燃料型的NOx來實現(xiàn)。當燃料為天然氣時，由于天然氣氮含量較低，熱力型的NOx是唯一可在實際中被控制的成分。燃燒修正通過降低火焰溫度來實現(xiàn)，對降低熱力型NOx是最為有效的。

通過綜合評定，決定采用更換低氮燃燒器+煙氣外循環(huán)的技術(shù)路線，在實現(xiàn)低氮燃燒煙氣內(nèi)循環(huán)的前提下，輔助煙氣外循環(huán)。通過摻混煙氣至空氣中降低了助燃空氣中氧的濃度，從而降低燃燒火焰溫度200℃，抑制熱力型NOx產(chǎn)生，將NOx的排放濃度降低了30mg/m3，使總的排放濃度達到上海市排放標準50mg/m3以下，最優(yōu)值可達到28mg/m3。由此可見，燃氣鍋爐NOx排放濃度仍具有進一步降低的潛力可挖。

3 中小型燃氣鍋爐低氮改造要點分析

3.1 燃燒器的選型

將現(xiàn)有鍋爐燃燒器更換為低氮型燃燒器以改善爐膛內(nèi)煙氣內(nèi)循環(huán)。燃燒器選型要考慮以下4點。

1）燃燒火焰長度、寬度、剛度尺寸是否與爐膛尺寸相匹配、深入爐膛內(nèi)部尺寸是否匹配煙氣內(nèi)循環(huán)要求，因為燃燒器火焰過大會造成水冷壁直接接觸火焰而受損。以本項目50t/h燃氣鍋爐為例，爐膛尺寸長11520mm，寬2600mm，高2600mm，燃燒器選型時核對燃燒火焰試驗參數(shù)，并與鍋爐制造廠溝通取得技術(shù)匹配的認可；

2）現(xiàn)有前墻受熱面對安裝尺寸的適配程度。采用煙氣內(nèi)循環(huán)的燃燒器需要深入一定的長度，讓火焰根部形成穩(wěn)定的回流區(qū)以提高燃燒穩(wěn)定性；

3）燃燒器風道、燃氣管道、點火電極、PLC等接口是否匹配，有差異的需要在生產(chǎn)前溝通清楚；

4）燃燒器閥組型號能否重復(fù)利用，并匹配新的燃燒器控制系統(tǒng)。

3.2 燃燒器的更換

燃燒器的更換要注意：燃燒器法蘭螺栓孔與原有鍋爐前面板螺栓孔是否匹配，防止燃燒器到場后裝配不上；燃燒器固定完成后，要對燃燒器與鍋爐前面板之間的間隙進行二次密封；燃氣主管道開孔前一定要做好安全準備，徹底放空燃氣管中的殘余燃氣，并用可燃氣體報警器在放散管處測量無誤后再進行開孔作業(yè)，防止出現(xiàn)燃氣爆燃現(xiàn)象；燃燒器更換后，可能會出現(xiàn)原有燃燒器到控制柜之間的電纜（含電源線、控制線）不匹配現(xiàn)象，需要重新布線，以前的原有電纜大部分都是埋地的，如需新布線建議增設(shè)橋架，不破壞現(xiàn)有裝修地面；燃燒器控制柜與鍋爐控制柜之間的連接、鍋爐控制柜與DCS監(jiān)視系統(tǒng)的連接要充分考慮鍋爐控制系統(tǒng)匹配的完整性和可靠性。

3.3 再循環(huán)風機的選型

再循環(huán)風機選型要核對再循環(huán)風機的風壓、風量是否符合設(shè)計要求，原有配電系統(tǒng)由于電動機功率的增加，其出線分配是否需要改變。

3.4 再循環(huán)煙風道的要求

再循環(huán)煙風道要考慮：鋼板材質(zhì)、厚度是否符合設(shè)計要求；煙風道肋板規(guī)格、距離是否符合設(shè)計，防止震動產(chǎn)生噪聲；再循環(huán)風道需埋地部分，要對預(yù)制風管進行煤油滲透試驗以確認嚴密性，埋地鋼板風道外部要做防腐；由于空氣與富含水蒸氣的煙氣摻混，混風箱、風道需設(shè)置低位自動疏水、水封裝置。

3.5 熱控電氣系統(tǒng)的要求

熱控電氣系統(tǒng)要考慮：敷設(shè)增加的控制及動力電纜是否滿足現(xiàn)場設(shè)備的需求，同時根據(jù)煙氣外循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐控制邏輯要求升級改造并進行相應(yīng)的調(diào)整試驗。

3.6 調(diào)試的要求

燃燒器的調(diào)試應(yīng)在燃燒器制造單位或其授權(quán)單位的技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)下進行，鍋爐使用單位應(yīng)確保無關(guān)人員不得在鍋爐附近聚集；燃燒調(diào)整主要根據(jù)中心環(huán)開度、外環(huán)開度、鼓風機頻率確定基本燃燒情況，參考值為煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)CO含量不超過10mg/m3；輔助調(diào)節(jié)再循環(huán)風機頻率、再循環(huán)風門開度、鼓風機開度來調(diào)節(jié)燃燒助燃風中氧含量、風燃比，以達到控制NOx排放值不超過50mg/m3的目標；調(diào)試過程中要時時監(jiān)測煙氣成分、火焰形狀和顏色，防止燃燒不穩(wěn)定造成事故，監(jiān)視煙氣中氧含量濃度不低于2.0mg/m3；調(diào)試結(jié)束時氧含量濃度推薦區(qū)間為2.0～4.0mg/m3，這樣既可保證冬夏季穩(wěn)定燃燒，又能減少煙氣熱損失，從而保障鍋爐熱效率。

4 中小型燃氣鍋爐低氮改造的影響

第一，鍋爐熱效率下降。由于爐膛燃燒溫度降低、輻射換熱減少、尾部煙氣流量增加、對流換熱量增加，鍋爐整體效率存在降低的可能性。

第二，燃燒器二次風門調(diào)節(jié)桿的選型。進口燃燒器通常是采用鎖緊螺栓將二次風門調(diào)節(jié)桿鎖緊設(shè)計，是常規(guī)風量風壓下的標準調(diào)節(jié)方式。由于中國市場氮排放要求高，采用煙氣外循環(huán)技術(shù)改造的項目為更好地降低氮化物排放，在選擇風機時風量風壓都要大于歐洲標準。此外，針對鎖緊螺栓緊固方式不可靠問題，了解到二次風門調(diào)節(jié)精度不需過小，通?？凼降氖直潭ㄑb置就能將把手與刻度盤卡扣在一起做好固定，以避免風量風壓過大時導(dǎo)致二次風門調(diào)節(jié)桿打滑的可能性。

第三，對燃燒的影響。燃燒調(diào)整結(jié)束后需再次確認火焰形狀和顏色，確保火焰燃燒狀況良好。杜絕燃燒不充分出現(xiàn)積炭現(xiàn)象。黑色可燃物積聚在爐膛底部、四面水冷壁會影響鍋爐換熱效率、減少鍋爐出力，嚴重的會導(dǎo)致水冷壁流動變慢、局部管道過熱，損傷到管道本體，可燃物積存還會形成爆燃隱患。

5 結(jié)束語

總之，鍋爐低氮改造重點關(guān)注鍋爐安全、環(huán)保、能效是否符合要求。燃氣鍋爐低氮改造的使用單位應(yīng)重點檢查燃燒器型式試驗證書相關(guān)信息與實物是否一致，驗證安全聯(lián)鎖保護動作可靠且不存在漏項，同時應(yīng)向地方特種設(shè)備檢驗機構(gòu)申請鍋爐外部檢驗、鍋爐排放廢氣檢驗檢測、鍋爐運行工況能效測試。