燃氣熱水鍋爐超低氮改造技術及工程實踐研究

董剛

摘要：文章結合燃氣熱水鍋爐超低氮改造工程實例，對改造過程中的技術原理、改造內容以及未來發展趨勢進行重點分析，最終旨在改善大氣環境，減少氮氧化物排放，同時也為今后類似工程提供一定參考和借鑒。

關鍵詞：燃氣熱水鍋爐;超低氮改造;工程實踐

伴隨著目前我國環境問題的日益突出，國家對于鍋爐排放限值的要求也是愈發嚴格，監管、整治力度也是在逐漸加大，根據國家最新頒布的《鍋爐大氣污染物排放標準》規定，新建鍋爐氮氧化物排放濃度限值已經低于50mg/m3，在用鍋爐氮氧化物排放濃度限值已經低于150mg/m3，超低氮技術要求全負荷運行的燃氣熱水鍋爐氮氧化物排放低于15mg/m3。現如今，為降低氮氧化物的排放，改善大氣環境，政府正積極開展燃氣熱水鍋爐超低氮改造補償政策，鼓勵鍋爐業主積極進行超低氮改造工作。

1 燃氣熱水鍋爐超低氮改造概述

鍋爐是一種通過將燃料（或其他熱能能源），將工質（本文指水）加熱到某設定參數的熱力轉換設備，燃氣熱水鍋爐是以燃氣作為燃料，通過點燃燃氣將水進行加熱以達到采暖效果，因此也稱燃氣采暖鍋爐。相較于傳統鍋爐技術，燃氣熱水鍋爐同時具備環保、安全、節能、全自動運行等多個優點，使用起來非常方便，另外，由于運行經濟、政府政策鼓勵，燃氣熱水鍋爐越來越受到大家的青睞。但是以天然氣作為主要能源的燃氣熱水鍋爐，其中天然氣雖然是一種清潔能源，但是它在燃燒過程中無法進行充分燃燒還是會產生一定的氮氧化物，也會對大氣環境造成一定程度上的污染。特別是隨著天然氣消耗量的逐步增長，以天然氣為燃料的鍋爐如不進行低氮改造，將來也會對大氣環境造成嚴重污染[1]。

常見的低氮燃燒技術一般有分級燃燒技術、濃淡燃燒技術和煙氣再循環燃燒等技術，主要通過控制燃燒過程來有效減少氮氧化物的產生，進而控制氮氧化物產生的源頭。其中煙氣再循環燃燒技術是通過降低燃燒過程中的燃燒溫度和含氧量來降低氮氧化物的產生，但是此技術會使鍋爐系統的風量加大。除上述低氮燃燒技術以外，燃盡風技術也以經廣泛應用于鍋爐超低氮改造當中，其主要是首先應用于煤粉鍋爐，該技術是以燃料充分燃燒為前提，將燃料在富燃料和富養燃料兩個階段充分燃燒，同時再將空氣分級送入，從而實現降低氮氧化物的產生的目的，目前該技術也已經投入到燃氣熱水鍋爐超低氮改造工程中。實際改造工程中，選擇合適的燃氣熱水鍋爐超低氮改造技術，可以有效控制成本，減少改動范圍，降低資金投入，對于實現節能減排，踐行我國可持續發展戰略具有重要意義[2]。

2 燃氣熱水鍋爐超低氮改造工程實例

2.1 項目概況

某熱源單位現有一臺QXS116-2.45/150/90-Q天燃氣熱水鍋爐，目前經檢測氮氧化物的排放濃度是89.65mg/m3，該燃氣熱水鍋爐爐型為π型，內部設置省煤器、節能器以及空預器，排煙溫度為100℃。另設置一臺50Hz變頻鼓風機，鼓風機功率為500Kw，風量為185955m3/h，風壓為6558Pa，本次燃氣熱水鍋爐超低氮改造項目目標如表1所示。

2.2 超低氮燃燒改造路線

首先我們通過對燃氣熱水鍋爐安裝超低氮燃燒器的方式來降低氮氧化物的排放，另外本次改造項目采用上文中煙氣再循環燃燒技術和燃盡風技術進行支持，在保證鍋爐運行平穩、高效的前提下，將氮氧化物的排放量降至15mg/m3。

根據本次項目超低氮燃燒改造路線，首先是對燃氣熱水鍋爐安裝超低氮燃燒器安裝時要注意鍋爐尺寸，進行優化設計，通過市場調研選擇適合品牌的超低氮燃燒器，它同時具備阻力小、損耗低等特點，使得在相同負荷功率運行下，鼓風機所需功率最低。我們通過多級燃料輸入，采用濃淡燃燒方式，使得在濃燃燒區域產生還原反應，降低氮氧化物的產生，在淡燃燒區域通過補充多級配風，降低燃燒溫度，同樣也可以起到抑制氮氧化物的產生的作用。同時本次改造項目采用半預混、半擴散的燃燒方式，這種獨特的燃燒方式使得在高空氣流速與低含氧量的條件下依然可以持續、穩定燃燒。

本次改造項目的煙氣再循環系統，可以省略對循環風機以及鼓風機的更換，這樣可以減少成本，同時也將改造范圍減小，降低技術難度。煙氣再循環系統是經過空預器出口煙道處取循環煙氣，在經過輸風管道送至鼓風機鼓風機入口處煙氣混合箱內部，將空氣與循環煙氣在煙氣混合箱充分混合，再經過鼓風機、燃燒器，送入鍋爐內部進行燃燒。

本次項目根據新增燃盡風系統，具體實施方法為：在空預器的出口風道引入一部分熱風，經過燃盡風輸風管道，輸送至鍋爐內部指定位置處，在燃盡風總管道上設置調節閥，可以根據鍋爐負荷調整風量。具體實施時，使一部分風不從燃燒器進入，這樣可以起到減小系統阻力的作用，從而減少該鍋爐鼓風機負荷，同時為盡量減少改動范圍，還應該盡量使燃盡風位置原理鍋爐剛性梁位置[3]。

2.3 超低氮改造后效果分析

在完成超低氮項目改造后，我們對該鍋爐排放煙氣中的氮氧化物和一氧化碳濃度進行檢測，同時分別對鍋爐半負荷狀態和全負荷狀態分別進行檢測，在對檢測結果進行分析。經過檢測發現，鍋爐在50%～100%負荷狀態進行使用時，氮氧化物排放濃度均小于15mg/m3，說明本次改造起到了很好的降氮效果，脫硝效率達到83.5%;經檢測，鍋爐不同負荷狀態使用時，一氧化碳排放濃度很低，接近于零，說明該鍋爐經過本次超低氮改造，同時在天然氣充分燃燒的基礎上，達到了預期目標值。

在完成超低氮項目改造后，我們還應該對該鍋爐鼓風機的運行狀態進行分析，經過檢測，鼓風機的運行頻率是隨著鍋爐負荷狀態的增加而增加，發現在鍋爐全負荷狀態下，鼓風機的運行頻率為43Hz，說明該鼓風機完全可以滿足超低氮改造使用。

3 結語

經過本次燃氣熱水鍋爐超低氮改造，我們圓滿達到預期目標，使得該鍋爐在經濟性和環保效果取得了成功。（1）經過在該鍋爐上安裝煙氣再循環系統和燃盡風系統，使得氮氧化物排放濃度均小于15mg/m3，一氧化碳排放濃度接近于零，在實現天然氣充分燃燒的同時，實現超低氮排放;（2）該鍋爐脫硝效率達到83.5%，使得極大地提升了該鍋爐使用的經濟性;（3）我們通過安裝煙氣再循環系統和燃盡風系統時，采取一系列分壓、減壓技術手段，使得鼓風機依然能夠繼續投入使用，有效降低降低改造成本。

參考文獻：

[1]于治國，劉鉉.燃氣熱水鍋爐超低氮改造技術及工程實踐[J].節能，2016，35（07）：75-77.

[2]吳佳濱，張麗娟，彭曉軍.116MW燃氣熱水鍋爐的超低氮燃燒改造[J].節能，2018，37（06）：96-98.

[3]李曉琴，王海宇.2.3MW燃氣熱水鍋爐低氮改造工程[J].節能，2018，37（07）：68-71.