燃氣鍋爐低氮技術及運用分析

摘 要：燃氣鍋爐在燃燒的過程中會產生大量的氮氧化物，如果氮氧化物的排放量超過標準要求，將會對大氣環境造成污染，進而引起霧霾。為了有效解決這一問題，可將低氮技術合理運用于燃氣鍋爐當中。基于此點，文章從燃氣鍋爐低氮燃燒的必要性分析入手，闡述了低氮技術及其在燃氣鍋爐中的運用，在此基礎上提出燃氣鍋爐應用低氮技術的注意事項。期望通過本文的研究能夠對燃氣鍋爐氮氧化物排放量的降低有所幫助。

關鍵詞：燃氣鍋爐;低氮技術;氮氧化物

1 燃氣鍋爐低氮燃燒的必要性

近年來，隨著我國工業產業的快速發展，使國民經濟水平獲得大幅度提升，與此同時，也對生態環境造成了一定的破壞，各大城市的霧霾現象日益加重，該現象引起社會各界的廣泛關注。業內的專家學者經過不斷研究后發現，在霧霾的成因中，氮氧化物（NOx）是一個至關重要的因素，為有效解決霧霾問題，必須從控制NOx排放入手。在能源結構優化調整的過程中，燃煤鍋爐的比例有所減少，但燃氣鍋爐的用量卻不斷增大，燃氣鍋爐以天然氣作為主要燃料，天然氣燃燒產生的煙氣中含大量的NOx。為使燃氣鍋爐NOx的排放達到相關標準的規定要求，必須采取低氮技術。

2 低氮技術及其在燃氣鍋爐中的運用

燃氣鍋爐是以天然氣作為主要燃料，天然氣在燃燒的過程中基本不會產生燃料型的氮氧化物，而快速型氮氧化物的生成量也非常少，可以忽略不計。也就是說，熱力型氮氧化物是燃氣鍋爐的主要產物。由熱力型氮氧化物的生成機理可知，高溫火焰是關鍵性因素。因此，想要減少燃氣鍋爐熱力型氮氧化物的產生，就必須降低火焰的溫度。

2.1 低氮技術

（1）分級燃燒技術。這是低氮技術中較為成熟且應用非常廣泛的一種，通過分級燃燒可以將鍋爐的燃燒室劃分為兩個區域，一個是富燃區，另一個是貧燃區。在燃燒時，可將過量的空氣加入到貧燃區中，這樣便可以使火焰中心的最高溫度降低，并使爐膛內的溫度分布變得更加均勻，消除了局部高溫，熱力型氮氧化物的生成量也隨之減少。

（2）煙氣再循環。這是一種能夠有效抑制氮氧化物排放的技術措施，煙氣再循環的技術原理如下：在燃氣鍋爐的空氣預熱器前，將部分溫度較低的煙氣抽取出來，可將這部分煙氣直接送入到爐膛內，也可與一次或是二次風進行混合后，再送入到爐膛內，由此不但能夠使鍋爐燃燒的溫度大幅度降低，并且還能使氧氣的濃度隨之降低，氮氧化物的濃度顯著降低。煙氣再循環率是該方法中一個重要的技術指標，它是再循環煙氣量與不采用煙氣再循環時的煙氣量之比。在實際應用中發現，當煙氣再循環率為15-20%時，能夠使鍋爐氮氧化物的排放濃度降低25%左右。這種方法既可以單獨用于燃氣鍋爐，也可與其它低氮燃燒技術配合使用。

（3）全預混技術。這是一種將鍋爐燃燒所需的天然氣和空氣按照設定好的比例進行預先混合，然后將混合好的氣體直接送入到燃燒室內進行燃燒的方法。該技術最為突出的特點是火焰的長度較短，可以使燃燒變得更充分，熱效率非常高，可以達到105%以上，由此使得鍋爐燃燒過程中的熱損失大幅度降低。全預混技術能夠對燃氣鍋爐氮氧化物的排放量進行有效地控制，基本原理如下：火焰在爐膛內會沿著金屬纖維的表面均勻分布，由此可使爐膛內溫度場的分布變得更加均勻，這樣一來，局部的熱負荷隨之顯著降低，同時，過量空氣可以起到降低火焰溫度的作用，隨著燃燒溫度的降低，熱力型氮氧化物的濃度也會隨之降低。實際應用結果顯示，采用全預混技術的燃氣鍋爐，氮氧化物的排放量在30mg/m3以下。雖然這種方法在降低氮氧化物排放量方面的效果比較顯著，但是卻會導致清理維護的工作量增大，在具體應用時，需要對此予以注意。

2.2 低氮技術的應用實例

（1）實例一。某單位的燃氣鍋爐氮氧化物排放量較高，現場實測氮氧化物的排放量為93.5-198.7mg/m3，嚴重超出了國家現行規范標準的規定要求。為了解決這一問題，決定對鍋爐進行低氮改造。出于降低改造難度的考慮，經過研究之后，決定采用更換低氮燃燒器的方法，具體的改造過程如下：新增分體燃燒器和煙氣再循環系統，風管設置在省煤器之前，與鼓風機進口的混合箱進行連接，配置變頻風機，并對負荷調節方式進行改進，采用電子比例調節，由此使得調節比可達到1∶6的水平，為運行管理工作的開展提供了便利條件。低氮改造完成后，在75%負荷狀態下，對鍋爐的氮氧化物排放情況進行現場實測，檢測結果顯示，氮氧化物的排放濃度在19-26mg/m3，達到了國家現行規范標準的要求，此次改造取得良好的效果。

（2）實例二。某單位的一臺燃氣鍋爐采用的是三段燃燒器，爐膛的熱負荷為1.266MW/m3，氮氧化物的排放量約為190mg/m3左右。為了降低氮氧化物的排放量，決定對鍋爐進行低氮改造。由于該鍋爐的本體完好，出于節約成本的考慮，在改造過程中，鍋爐本體保持原樣，將三段燃燒器換成低氮燃燒器。該燃燒器采用的是新型低氮燃燒頭，利用分級燃燒技術，可以實現低氮燃燒。改造完畢后，經現場測試，鍋爐氮氧化物的排放量從190mg/m3，降低到50mg/m3。隨著新型燃燒器的加入，使得鍋爐的運行過程變得更加平穩，解決了頻繁啟停的問題，鍋爐的運行安全性大幅度提升，運行成本隨之降低，達到低氮排放和經濟運行的目標。

3 燃氣鍋爐應用低氮技術的注意事項

在應用低氮技術對燃氣鍋爐進行改造時，需要對如下事項加以注意：其一，采用低氮燃燒器對燃氣鍋爐進行改造后，能夠使氮氧化物的排放濃度達到50-80mg/m3左右，如果要進一步降低氮氧化物的排放濃度，那么應當在使用低氮燃燒器進行改造時，加入煙氣再循環技術，由此可使氮氧化物的排放濃度降至30mg/m3以下。在此基礎上，通過對煙氣進行化學處理，可以達到接近零排放的目標。其二，利用低氮燃燒器進行鍋爐改造的過程中，應當做好調試工作，具體做法是對鍋爐在各個負荷段的燃燒情況進行調試。需要注意的是，過量空氣系數不宜過低，以免影響燃燒的穩定性，當燃燒不穩定時，快速型氮氧化物的產生量會隨之增多。此外，高負荷段的振動問題，也必須在改造中予以注意，并采取相應的措施進行解決處理，以免對鍋爐的安全、穩定運行造成影響。其三，在更換新型低氮燃燒器時，應當與鍋爐的生產廠家進行必要的溝通，并充分考慮改造對鼓風機的影響，隨著送風量和風壓的增大，可能會使風道出現劇烈的震顫，所以需要適當增大風道的強度，以滿足低氮燃燒器的運行要求。

4 結論

綜上所述，在能源結構調整的背景下，燃氣鍋爐呈現出逐步增多的態勢，從而使得氮氧化物的排放量隨之增大，由此對大氣環境造成了一定的破壞。為有效解決這一問題，必須對氮氧化物排放濃度超限的燃氣鍋爐進行改造，可在改造過程中，對低氮技術進行合理運用，以此來降低鍋爐氮氧化物的排放濃度。

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作者簡介：何玉晶（1983-），漢族，甘肅人，專科，研究方向：工程建筑及管理。