燃氣鍋爐煙氣再循環對能效影響的實證研究

顧舒揚

（貴州省特種設備檢驗檢測院，貴州 貴陽 550000）

1 概述

目前，國家對燃氣工業鍋爐的大氣污染物排放的主要控制指標為NOx、SO2、煙氣黑度和顆粒物濃度。實際測試情況中，發現燃氣工業鍋爐最易產生不合格的指標為氮氧化物。NOx在鍋爐煙氣中主要的存在形式為NO和NO2。在高溫燃燒條件下，NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO約占95%。但是，NO在大氣中極易與空氣中的氧發生反應，生成NO2，故大氣中NOx普遍以NO2的形式存在。空氣中的NO和NO2通過光化學反應，相互轉化而達到平衡。在溫度較大或有云霧存在時，NO2進一步與水分子作用形成酸雨中的第二重要酸分——硝酸（HNO3）。在有催化劑存在時，如加上合適的氣象條件，N02轉變成硝酸的速度加快。特別是當NO2與SO2同時存在時，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。此外，NOx還可以因飛行器在平流層中排放廢氣，逐漸積累，而使其濃度增大。NOx再與平流層內的O3發生反應生成NO與O2，NO與O3進一步反應生成NO2和O2，從而打破O3平衡，使O3濃度降低，導致O3層的耗損。

鍋爐節能方面的依據，主要出自由原國家質檢總局頒布的TSG G0002-2010鍋爐節能技術監督管理規程。該規程中對于鍋爐排煙溫度、過量空氣系數及鍋爐熱效率做出了限定。對于燃氣工業鍋爐，其過量空氣系數不得超過1.15，鍋爐熱效率限定值為92%，目標值為98%。

2 案例分析

2.1 案例背景

本次案例選取了一臺全自動燃氣冷凝鍋爐，鍋爐型號為 SZS30-1.25／350 Q，額定蒸發量為30000kg／h，額定壓力1.25MPa。該鍋爐配備了煙氣再循環系統（FGR系統），能夠實現低氮排放。

測試主要設備為Photon（Madur，奧地利）紅外煙氣分析儀，ZR-3260（青島眾瑞，中國）定電位電解法煙氣分析儀，HI93532（Hanna，意大利）高溫熱電偶溫度計。

2.2 測試方案

本次測試分為兩部分進行。在鍋爐運行工況穩定的情況下，關閉煙氣再循環系統，測定鍋爐各項指標，得出煙氣中主要污染物指標NOx值，并計算出鍋爐熱效率。在相同工況下開啟鍋爐煙氣再循環系統，測定鍋爐各項指標，得出此時的鍋爐煙氣中主要污染物指標NOx值，并計算出此時鍋爐熱效率（熱效率采用反平衡計算方法）。

鍋爐運行穩定后開始測試，測試時間15 min，之后開啟煙氣再循環系統，測試不中斷，持續進行45 min。

2.3 測試指標

本次測試的主要指標有：煙氣中NOx、煙氣中O2、煙氣中CO2、煙氣中CO、排煙溫度、入爐冷空氣溫度。

2.4 測試數據

測試期間工況穩定為鍋爐額定工況的70%，測試期間鍋爐運行壓力為0.85MPa，出口蒸汽溫度為325℃，詳數據見表1、表2。

表1 測試數據匯總表

表2 測試數據計算表

表2 （續）

3 結論

本文對SZS30-1.25／350 Q型號鍋爐的煙氣再循環系統測試做了實證研究，分析了在鍋爐運行穩定工況下，煙氣再循環系統對鍋爐熱效率的影響，得到以下結論：

1）隨著FGR系統的開啟，鍋爐氮氧化物出現明顯的下降，能夠實現低氮燃燒的目的。2）FGR系統的開啟，會在一定程度上降低鍋爐過量空氣系數，但并未產生大量的未燃燒成分。證實了低過量空氣系數與貧氧燃燒結合能夠有效的降低氮氧化物生成。

因此，可以看出在采用FGR技術于鍋爐穩定工況下運行時，煙氣再循環能夠有效的降低氮氧化物的生成，對鍋爐熱效率有一定的降低，但降低的幅度十分有限。對于處于運行不夠穩定狀態下的鍋爐，由于其對過量空氣系數的影響較大，需要進一步關注。