燃气锅炉低氮技术研究

王 泽 军

(太原市热力集团有限责任公司第四供热分公司,山西 太原 030032)

燃气锅炉在燃烧时会产生大量氮氧化物，氮氧化物的大量存在会导致酸雨的产生、破坏臭氧层、加剧地球温室效应和产生各种光化学烟雾污染等危害。通过研究燃气锅炉低氮技术，有效改善燃气锅炉燃烧过程中释放的氮氧化物情况，可以有效提高人们生存环境的质量，减少环境对人们身体健康造成的威胁。

1 氮氧化物的产生

在燃气锅炉工作过程中，氮氧化物的来源主要分为三个方面。

1.1 热力型氮氧化物

热力型氮氧化物是在高温(1 300 ℃～1 500 ℃)时氧化分解产生的。热力型氮氧化物呈现随温度升高而迅速增加的特点，并且氧气浓度越大，燃烧停留时间越长，生成量也就越大。

1.2 快速型氮氧化物

快速型氮氧化物是由燃料挥发物中的碳氢化合物高温分解成碳氢自由基和空气中的氮气反应，再进一步与氧化反应，以极快的速度形成的氮氧化物。这种氮氧化物的生成量与热力型氮氧化物相比，占比量不足5%。而且在温度低于1 300 ℃时，几乎快速型氮氧化物没有形成，因此在进行燃气锅炉低氮技术研究时可以忽略不计。

1.3 燃料型氮氧化物

燃料型氮氧化物是燃料中的氮氧化合物在燃烧过程中氧化形成的，但天然气中基本不含固定氮，本文中的燃气锅炉大部分是以天然气为燃料所以燃气型氮氧化物也可以忽略不计。

综上所述，我们所研究的燃气锅炉低氮技术主要是以控制热力型氮氧化物的产生为主，通过控制火焰的燃烧温度和充分利用燃烧室的空间，而达到降低氮氧化物排放量的目的。

2 低氮燃烧技术的分类

2.1 空气分级燃烧

当空气与燃料混合比例适当时，燃料的燃烧速度较快，燃烧所达到的温度较高。为了降低燃烧时的强度与火焰的温度，可以采用将空气与燃气分段混合，分级燃烧的方法，将空气与燃气进行分阶段混合，通过还原性的氛围减少氮氧化合物的形成，并且过量的空气提供了较低的空气系数，可以使燃料完全燃烧，避免了较高的空气系数造成的排烟热量损失。

2.2 烟气的再循环

烟气的再循环是将排放的烟气再次循环到助燃空气中进行重复利用的过程。通过烟气的再循环可以有效的降低助燃空气中的氧气含量，并提供一定量的二氧化碳，从而达到将氧气的含量保持在21%以下。这时助燃空气中的氧气含量较低，可以降低燃气的燃烧速度，减少了单位时间内燃气释放的热量，从而实现减少氮氧化物排放的目的。而且烟气的再循环还可以适当的增加燃气室中的烟气量，减少火焰的平均温度，也达到减少氮氧化合物排放的目的。

2.3 全预混表面燃烧

全预混表面燃烧技术对于减少小型燃气锅炉的氮氧化物排放量有着显著的效果，首先，通过运用全预混表面燃烧技术可以使火焰沿着金属纤维表面进行均匀分布，有利于形成均匀分布的温度场，降低单位面积上的热负荷。其次，金属纤维表面燃烧时，过量的空气可以降低火焰温度，从而达到减少氮氧化合物排放量的目的。但是全预混表面燃烧，会造成较大的排烟量，导致热量损失。并且特殊构造的金属纤维燃烧时容易形成堵塞，后期的清理维护工作量较大。

3 燃气锅炉低氮改造方式

就针对常见的燃气低氮改造方式而言，其主要有：低氮燃烧器和整体更换锅炉和燃烧器两种。其中，更换低氮燃烧器主要就是为了保留原有的锅炉本体。而整体更换锅炉和燃烧器较传统的燃烧器而言，其燃烧结构还无法与低氮燃烧技术相匹配。因此，在使用时，一般不建议利用燃烧机本身机构所改造的燃气锅炉。

3.1 更换燃烧器

倘若锅炉的受热面积能够满足改造的实际需求且在使用时年限较短，就可采用相应的更换燃烧器的方式来进行改造。因此，在选择相应的设备型号时，首先要对受热面即炉膛的直径及深度进行测量，同时还要对锅炉的背压进行了解，在此基础上选择合适的燃烧技术。

在一般情况下，对于蒸汽锅炉的使用，应当优先使用分级燃烧和烟气再循环相结合的燃烧器。因此，我们可以选用：欧科、宝尔非等品牌的产品。此外，对于小型低氮冷凝常压锅炉而言，可以选用全预混表面的燃烧技术。譬如：诺科、富尔顿等产品。在对燃烧器进行更换时，应在改造之前认真的勘察锅炉房的实际情况，对安装空间进行实际测量，并了解运输通道的具体情况，此外还要熟悉锅炉的运行情况和各种参数情况，这样就能避免在施工的过程中出现设备运行状况不良、预估费用不精准以及施工难度大等问题。

3.2 整体更换锅炉

选用整体更换锅炉方案时，不仅要选择燃烧技术，还应综合的考虑锅炉的使用安全性和经济性，并对改造成本以及改造技术进行全方面的考量，并在此基础上确定改造方案。通常会选择同等规格置换模式，这种模式对附属设备、工艺管线等的改动相对较低，能够有效节约改造成本，减少改造时间。同时，也可依据实际热负荷对更新后的装机容量进行调整，这样可以达到节约备用锅炉投资，节约改造成本的目的。

4 改造实施中的注意事项

4.1 对燃气的要求

分级燃烧技术低氮燃烧器的使用，较传统燃烧器而言，其喷孔的孔径一般相对较小且喷嘴的分配较为密集，这样也就给燃气的供给压力提出了更高的要求。因此，在使用时，就要求根据实际情况对锅炉房燃气的压力进行调整，同时要确定燃气的减压阀以及流量计能够满足新设备的实际要求，这样就能充分的发挥出燃气的使用性能。而有些燃气公司，对于燃气的使用，一般都采用一机一表的单独计量模式。而在改造的过程中，倘若改变了锅炉数量，就需要对燃气计量装置进行相应的变动，就需要对燃气变动手续进行办理。在对改造方式进行确定的过程中要充分考虑因这个因素而造成的成本增加问题。

4.2 低氮燃烧对炉膛尺寸的要求

超低氮燃烧锅炉在使用时，对受热方面的要求较高。倘若受热面积较小，就会导致热量得不到及时的散失，从而就会减缓锅炉的吸收速度，进而就会导致炉膛的温度过高，而无法有效的达到氮氧化物的浓度标准。同时假如炉膛直径相对较小，或者炉膛较短，那么就会减小炉膛的燃烧空间，导致局部温度的逐渐升高，进而也就无法实现热力型氮氧化物的有效排放。

4.3 对风道的要求

在使用分级燃烧技术时，其鼓风机功率较原来的较大，这就会导致风量和风压的提升，因此，对于风道的要求，一定要充分的考虑原有设备的风道强度，尤其是钢板风道，确保其的使用安全性和有效性。如果烟风道强度无法达到需求，就会导致震颤的发生，从而使得风道流量界面不断发生变化，这样就会使得空气的流通不稳定，进而也就会导致锅炉喘振现象的发生。因此，我们就可采用有效的措施来提升整个烟风道的强度，以此就能降低生产成本。

5 结语

对于工业锅炉领域而言，未来相当长一段时间内，低氮燃烧技术的主流技术仍然会是分级燃烧加烟气再循环技术。但是，在民用以及商用热水锅炉领域内，就可采用全预混凝表面燃烧技术。而随着科技技术的不断创新，低氮冷凝壁挂炉技术的使用就具有更加广阔的发展前景。随着科技的发展，我国的品牌研发能力在不断提高，产品的技术水平及质量等也逐渐提升，这在很大程度上提升了我国国产品牌的竞争力，进而也就有利于降低企业的改造成本，以此就能实现燃烧技术的有效完善，从而促进企业的长期稳定发展。