燃氣工業鍋爐低氮改造技術及應用效果探究

王理想

舞陽鋼鐵有限責任公司 河南 舞鋼 462500

在燃氣工業鍋爐的燃燒過程中會生成大量的NOx，其將會造成嚴重的空氣污染。大量的NOx會導致酸雨的產生、加劇溫室效應、破壞大氣的臭氧層等，這將使得人們的生活質量呈顯著的下降趨勢，從而嚴重威脅人們的身體健康。為了進一步提高燃氣工業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來減少NOx對環境造成的不良影響。

1 低氮燃燒技術概述

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

根據上式的具體化學反應情況，在燃燒過程中溫度越高，其將會生成更多的NOx，反之亦然。Zeldovich證明，當燃燒溫度達到1800K時，NOx生成物將會發生一定的質變；當燃燒溫度低于1800K時，NOx生成物的質變速率可忽略不計，一旦超過1800K時，NOx生成物的質變速率將會擴大6～7倍，呈顯著的增長趨勢[2]。

2 燃氣工業鍋爐低氮改造技術

2.1 空氣分級燃燒

當燃料與空氣的混合占比達到最佳比例時，氣體的燃燒速率將快速增長，燃燒溫度將會持續增高。為了能夠適當降低氣體的燃燒強度和火焰溫度，可以將空氣與燃氣進行分級燃燒，同時形成的具有還原效應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為0.8的氣體能夠有效阻止NOx等相應氧化物的形成，當整體空氣指數處于降低狀態時，其能夠在相應的區域范圍內實現完全燃燒，從而避免空氣指數過高引發的熱量損失。

2.2 燃料分級燃燒

對于燃料分級燃燒而言，其主要是將來自不同區域的氣體注入燃燒室內部，同時針對具體的燃料進行分區域分階段的燃燒。通常情況下，一級燃燒將會生成大量的NO產物；二級燃燒將會形成具有較強功效的還原型氣體，然后將一級燃燒過程中生成的NO產物還原為N2，從而達到減少NOx含量的目標。與此同時，燃料分級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 全預混表面燃燒

對于全預混表面燃燒技術而言，其能夠在最大程度上抑制燃氣工業鍋爐的NOx排放，效果顯著。首先，表面層次燃燒的火焰將會順著金屬纖維進行均勻分布，便于整個燃燒區域的均勻分布，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火焰的控制程度將會越優。全預混表面燃燒技術在滿足實際需要的狀態下，將NOx的排放總體量值維持在30mg/m3以下，但此時將會造成一定量值的熱量損耗，同時特殊金屬質地的纖維燃燒探頭更易堵塞，增加后期清理維護難度。

3 燃氣工業鍋爐低氮改造技術應用

3.1 燃氣工業鍋爐低氮改造技術應用效果

在2016年之前，我國對空氣污染物中的氮氧化物排放標準要求不高。對于目前大部分燃氣工業鍋爐的氮氧化物排放量值而言，其均處于150～200 mg/m3之間，這并不符合新的環保排放標準要求，因此根據燃氣工業鍋爐的實際應用現狀進行有針對性的低氮改造。

在燃氣工業鍋爐的低氮改造過程中，其主要針對其中涉及的燃燒設備及相應的輔助工具進行改造，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、改造現有的燃燒裝置。由于各個區域的經濟發展和實際環保現狀存在差異性，燃氣工業鍋爐的改造投入資金和實際能力也不同，因此需要因地制宜，根據自身實際情況采取既能夠符合標準要求又切實可行的方式，從而在一定程度上降低空氣污染程度。

3.2 燃氣工業鍋爐低氮改造技術的案例分析

燃氣工業鍋爐低氮改造技術的案例介紹，鍋爐的總體蒸發量為16t/h，爐膛直徑為1500mm，長度參數為5740mm，采用低氮改造技術之前應用weishauptWKG70/2-A燃燒裝置，爐體的熱負荷為11.2MW/m3，氮化合物排放為131mg/m3，鍋爐主體狀態良好。根據實際情況可知，其燃氣工業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煙氣再循環技術，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型低氮燃氣燃燒裝置，該燃燒裝置燃料為天然氣，改造后情況如下：

（1）NOx排放。應用新型的低氮燃燒裝置，采用多火焰燃燒方式和煙氣內循環，延伸火焰燃燒區域，降低火焰中心溫度抑制；并采用FGR煙氣再循環控制系統，實現更低的NOx排放，正常運行時NOx排放為28mg/m3。

（2）能效和安全性。燃燒裝置的負荷調節采用PID連續比例調節模式，整合比例參量為1∶8，鍋爐實現平穩運行，提高鍋爐的能效和安全性。

4 結束語

為了有效減少燃氣工業鍋爐工作時對環境造成的不良影響，需要采取相應的措施降低氮氧化物的總體排放量。在實施低氮改造技術工程過程中，需要根據燃氣工業鍋爐的實際情況進行全面詳細的分析和深入的研究，采取先進的科學技術手段，以最合理的技術支撐成本減少燃氣工業鍋爐的NOx排放，從而在一定程度上保證空氣質量。