ECOSF烟气冷凝再循环低氮节能技术 在锅炉低氮改造中的应用

许世民 郑东升

摘 要：为了减少燃气锅炉氮氧化物排放，达到环保局燃气锅炉氮氧化物排放浓度<30mg/Nm3要求，采用ECOSF低氮冷凝再循环装置系统，通过对锅炉助燃新风加热，根据锅炉负荷ECOSF精确回烟比例，由热循环泵驱动真空喷射器形成氮气分离负压腔，降低了氮气浓度烟气由真空喷射器送入ECOSF2并与新风进行混合，使锅炉排放氮氧化物满足环保要求。

关键词：氮氧化物;ECOSF低氮冷凝再循环装置系统;真空喷射器;助燃新风

1 概述

打赢蓝天保卫战是党的十九大做出的重大决策部署，事关美丽中国建设。郑州市生态环境局下文要求在2019年9月30日实现锅炉低氮排放污染治理及污染排放物在线检测联网运行。要求含氧量在3.5%条件下，燃气锅炉氮氧化物排放浓度<30mg/Nm3、颗粒物小于5mg/Nm3、二氧化硫小于10mg/Nm3的环保要求。

黄金叶生产制造中心运行的锅炉是4台德国标准HD20000油/气两用双炉胆（波纹）锅炉，锅炉燃烧器采用的是德国威索油、气两用燃烧机，鼓风机为分体式，送风经由地下送风通道送至燃烧器。锅炉尾部设有两级烟气余热回收装置（节能器），一级排烟温度<120℃，二级排烟温度80℃。目前，锅炉氮氧化物排放，燃气时：150mg/Nm3，燃油时：250mg/Nm3，锅炉排放不能满足政府环保要求标准，必须进行改造。

2 设备改造

根据国家气象站点的空气检测数据，PM2.5与NO的变化趋势呈现强相关性，NO排放是重污染形成主要因素之一。燃气锅炉氮氧化物产生类型一般分为三类：一是热力型，二是燃料型，三是快速型。燃气锅炉氮氧化物产生主要是热力型，热力型氮氧化物生成速率公式如下：

6.0×1016T0.5·exp-69090T·[N2]·[O2]0.5

T=反应温度;N2=氮气浓度;O2=氧气浓度。

根据氮氧化物产生速率要抑制氮氧化物生成，降低锅炉助燃风中氧气、氮气浓度，降低炉膛温度，增加炉膛气流速度，减少反应时间。

为了减少氮氧化物产生做了四个方面设备改造，设备改造后流程图如图1。

（1）增加一套ECOSF低氮冷凝再循环装置。ECOSF低氮冷凝再循环装置工作原理：高温烟气进入ECOSF1高湿度的环境中稀释成低氮气浓度状态，氧气、氮气等低溶解度的气体因水蒸气浓度上升而降低，采用热循环泵驱动真空喷射器形成氮气分离负压腔，降低了氮气浓度烟气由真空喷射器送入ECOSF2并与新风进行混合，混合后使得助燃新风中的O2浓度从21%降低至约18%，N2浓度从78%降低至约62～65%，二氧化碳5%，相对湿度85%。

ECOSF通过部分分离回燃烟气中比热低的氮气等成分，氮气在烟气各组分中比热最小，随着氮气的分离，剩余回燃烟气的比热大幅提高。分离了氮气的回燃烟气将会提高炉膛内气体的整体比热，相同炉膛热量的情况下，炉膛温度将会整体降低。

（2）更换威索新型低氮燃烧器，新燃烧器与原燃烧器为相同系列，匹配性高，原燃烧器采用单喷嘴方式，新型燃烧器采用多喷嘴方式，改造后锅炉燃烧火焰拉长、分散多火焰，降低了炉膛中心温度。

（3）更换了6台燃烧器风机，采用不锈钢材质防止腐蚀，风机风量、压头、电功率等均与改造后新型燃烧器系统匹配，由于制造中心生产设备使用蒸汽量是变负荷，真空回潮机设备是间断式工作方式，蒸汽抽空时需要蒸汽量大，风机采用变频控制，更好适应锅炉负荷变调整，满足锅炉炉膛燃烧助燃风量需求。

（4）锅炉原来的二级节能器进行更换，原来二级节能器在锅炉房顶上安装，主要是对锅炉补充水进行加热，由于技术革新使用蒸汽凝结水回收系统的闪蒸汽给锅炉补水加热，仅闪蒸汽的热量就满足锅炉补水加热，还有部分富余的都排放，因此，这次更换新的热交换器放置在ECOSF1低氮冷凝再循环装置前，通过锅炉排放高温烟气对循环水加热，加热后热水在ECOSF2采用喷淋方式对助燃新风进行加热，提高助燃新风温度，节约燃料消耗。

3 改造效果

锅炉低氮排放改造后，20吨锅炉出力基本保持，达到改造前锅炉20噸产汽能力;锅炉汽比由改造前的75.21m3/吨降低70.32m3/吨，锅炉节约燃气用量明显，降低生产成本费用。

4 改造中注意问题

（1）根据生产安排锅炉长时间停机，ECOSF低氮冷凝再循环装置内循环水温降低后，锅炉重新开机，锅炉尾气氮氧化物排放指标稳定需要运行30分钟左右，待ECOSF低氮冷凝再循环装置内循环水温升高后，尾气中氮氧化物排放才可以达到小于30mg/Nm3要求。为了保证锅炉开机排烟尾气污染物氮氧化物达标，建议ECOSF低氮冷凝再循环装置可以增加一套加热系统，在锅炉开机前，提前对ECOSF低氮冷凝再循环装置内循环水加热，达到设备运行需要水温要求。

（2）改造后回烟管道内湿度大，对管路连接处做好密封，对回烟管路做好排水设计，使产生凝结水可以排入地漏。

（3）改造时利用原有锅炉助燃风管路要重新密封，减少运行后漏风情况产生。

参考文献：

[1]杨禹坤.“燃气锅炉烟气再循环低氮技术研究”.郑州大学.