王理想

舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司 河南 舞鋼 462500

在燃?xì)夤I(yè)鍋爐的燃燒過程中會(huì)生成大量的NOx，其將會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染。大量的NOx會(huì)導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生、加劇溫室效應(yīng)、破壞大氣的臭氧層等，這將使得人們的生活質(zhì)量呈顯著的下降趨勢，從而嚴(yán)重威脅人們的身體健康。為了進(jìn)一步提高燃?xì)夤I(yè)鍋爐工作過程中釋放出的NOx含量，本文將通過低氮改造技術(shù)來減少NOx對(duì)環(huán)境造成的不良影響。

1 低氮燃燒技術(shù)概述

一般情況下，天然氣在燃燒過程中幾乎不會(huì)生成燃料型NOx，且快速型NOx的占比相對(duì)也比較低，其產(chǎn)物以熱力型NOx為主。熱力型NOx是空氣中的氮分子經(jīng)過高溫氧化分解而產(chǎn)生的氮氧化物，其主要表示式為[1]：

根據(jù)上式的具體化學(xué)反應(yīng)情況，在燃燒過程中溫度越高，其將會(huì)生成更多的NOx，反之亦然。Zeldovich證明，當(dāng)燃燒溫度達(dá)到1800K時(shí)，NOx生成物將會(huì)發(fā)生一定的質(zhì)變；當(dāng)燃燒溫度低于1800K時(shí)，NOx生成物的質(zhì)變速率可忽略不計(jì)，一旦超過1800K時(shí)，NOx生成物的質(zhì)變速率將會(huì)擴(kuò)大6～7倍，呈顯著的增長趨勢[2]。

2 燃?xì)夤I(yè)鍋爐低氮改造技術(shù)

2.1 空氣分級(jí)燃燒

當(dāng)燃料與空氣的混合占比達(dá)到最佳比例時(shí)，氣體的燃燒速率將快速增長，燃燒溫度將會(huì)持續(xù)增高。為了能夠適當(dāng)降低氣體的燃燒強(qiáng)度和火焰溫度，可以將空氣與燃?xì)膺M(jìn)行分級(jí)燃燒，同時(shí)形成的具有還原效應(yīng)的氣體還能夠在一定程度上抑制NOx的形成。根本原因在于大量空氣指數(shù)為0.8的氣體能夠有效阻止NOx等相應(yīng)氧化物的形成，當(dāng)整體空氣指數(shù)處于降低狀態(tài)時(shí)，其能夠在相應(yīng)的區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全燃燒，從而避免空氣指數(shù)過高引發(fā)的熱量損失。

2.2 燃料分級(jí)燃燒

對(duì)于燃料分級(jí)燃燒而言，其主要是將來自不同區(qū)域的氣體注入燃燒室內(nèi)部，同時(shí)針對(duì)具體的燃料進(jìn)行分區(qū)域分階段的燃燒。通常情況下，一級(jí)燃燒將會(huì)生成大量的NO產(chǎn)物；二級(jí)燃燒將會(huì)形成具有較強(qiáng)功效的還原型氣體，然后將一級(jí)燃燒過程中生成的NO產(chǎn)物還原為N2，從而達(dá)到減少NOx含量的目標(biāo)。與此同時(shí)，燃料分級(jí)燃燒還能夠有效降低燃燒中火焰的溫度，在一定程度上抑制NOx的形成。

2.3 全預(yù)混表面燃燒

對(duì)于全預(yù)混表面燃燒技術(shù)而言，其能夠在最大程度上抑制燃?xì)夤I(yè)鍋爐的NOx排放，效果顯著。首先，表面層次燃燒的火焰將會(huì)順著金屬纖維進(jìn)行均勻分布，便于整個(gè)燃燒區(qū)域的均勻分布，極大地減少單位面積上的熱量。其次，金屬纖維表面層次燃燒量值α通常約為1.5，量值越大的燃燒氣體對(duì)火焰的控制程度將會(huì)越優(yōu)。全預(yù)混表面燃燒技術(shù)在滿足實(shí)際需要的狀態(tài)下，將NOx的排放總體量值維持在30mg/m3以下，但此時(shí)將會(huì)造成一定量值的熱量損耗，同時(shí)特殊金屬質(zhì)地的纖維燃燒探頭更易堵塞，增加后期清理維護(hù)難度。

3 燃?xì)夤I(yè)鍋爐低氮改造技術(shù)應(yīng)用

3.1 燃?xì)夤I(yè)鍋爐低氮改造技術(shù)應(yīng)用效果

在2016年之前，我國對(duì)空氣污染物中的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)要求不高。對(duì)于目前大部分燃?xì)夤I(yè)鍋爐的氮氧化物排放量值而言，其均處于150～200 mg/m3之間，這并不符合新的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此根據(jù)燃?xì)夤I(yè)鍋爐的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行有針對(duì)性的低氮改造。

在燃?xì)夤I(yè)鍋爐的低氮改造過程中，其主要針對(duì)其中涉及的燃燒設(shè)備及相應(yīng)的輔助工具進(jìn)行改造，大部分情況下采取的改造形式主要分為：整體更換新型低氮燃燒裝置、改造現(xiàn)有的燃燒裝置。由于各個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)際環(huán)?，F(xiàn)狀存在差異性，燃?xì)夤I(yè)鍋爐的改造投入資金和實(shí)際能力也不同，因此需要因地制宜，根據(jù)自身實(shí)際情況采取既能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求又切實(shí)可行的方式，從而在一定程度上降低空氣污染程度。

3.2 燃?xì)夤I(yè)鍋爐低氮改造技術(shù)的案例分析

燃?xì)夤I(yè)鍋爐低氮改造技術(shù)的案例介紹，鍋爐的總體蒸發(fā)量為16t/h，爐膛直徑為1500mm，長度參數(shù)為5740mm，采用低氮改造技術(shù)之前應(yīng)用weishauptWKG70/2-A燃燒裝置，爐體的熱負(fù)荷為11.2MW/m3，氮化合物排放為131mg/m3，鍋爐主體狀態(tài)良好。根據(jù)實(shí)際情況可知，其燃?xì)夤I(yè)鍋爐的本體不需要改造，將其中的燃燒裝置更換為新型的低氮燃燒裝置，并采用FGR煙氣再循環(huán)技術(shù)，充分滿足氮氧化物不超過30mg/m3的排放要求。因此，該改造工程最終選擇BLU 18000 FGR型低氮燃?xì)馊紵b置，該燃燒裝置燃料為天然氣，改造后情況如下：

（1）NOx排放。應(yīng)用新型的低氮燃燒裝置，采用多火焰燃燒方式和煙氣內(nèi)循環(huán)，延伸火焰燃燒區(qū)域，降低火焰中心溫度抑制；并采用FGR煙氣再循環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更低的NOx排放，正常運(yùn)行時(shí)NOx排放為28mg/m3。

（2）能效和安全性。燃燒裝置的負(fù)荷調(diào)節(jié)采用PID連續(xù)比例調(diào)節(jié)模式，整合比例參量為1∶8，鍋爐實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，提高鍋爐的能效和安全性。

4 結(jié)束語

為了有效減少燃?xì)夤I(yè)鍋爐工作時(shí)對(duì)環(huán)境造成的不良影響，需要采取相應(yīng)的措施降低氮氧化物的總體排放量。在實(shí)施低氮改造技術(shù)工程過程中，需要根據(jù)燃?xì)夤I(yè)鍋爐的實(shí)際情況進(jìn)行全面詳細(xì)的分析和深入的研究，采取先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，以最合理的技術(shù)支撐成本減少燃?xì)夤I(yè)鍋爐的NOx排放，從而在一定程度上保證空氣質(zhì)量。