燃气锅炉低氮改造措施与应用效果

燃气锅炉低氮改造措施与应用效果

王金治

天津市科达车料制品厂  天津市300270

摘要：随着我国社会经济的迅猛发展，社会各界对于能源的需求量也在不断增加，而大规模的化石能源应用也让我国在实现经济发展的过程中付出了环境代价，因此，在节能减排的号召作用下，如何能够实现双碳发展目标并推动各行业的可持续发展也成为了新经济常态关注的重要话题。燃气锅炉是发电厂能源供应过程中重要的基础设备，关于燃气锅炉的低氮改造工作，也在可持续发展的理念和背景下如火如荼地展开。本文主要是分析了低氮燃烧技术的应用原理，并且就燃气锅炉低氮改造设计的方案以及后续的应用效果进行了探讨，希望能够为推动我国燃气锅炉设备的节能化、绿色化发展提供参考意见。

关键词：燃气锅炉；低氮改造技术；应用效果

现阶段，在我国工业发展过程中锅炉设备采用的燃料结构也发生了较大程度的变化。传统的化石原料由于在锅炉中存在燃烧不完全以及化石原料内部元素的问题，可能会造成锅炉燃烧后产生大量的污染气体。因此，工业生产过程中的燃气锅炉也逐步开始利用天然气能源代替普通的化石燃煤[1]。天然气在高温分解作用下所形成的气体相比于普通的燃煤材料来说污染程度较低，能够达到国家对于燃气设备排放标准的要求，同时，也比应用传统化石能源的燃烧效率更高，燃烧产生的热量更加充分。但是天然气原材料在锅炉中进行燃烧时会产生大量的氮氧化物质，这些氮氧化物质也是空气中PM2.5颗粒形成的主要原因。因此，关于燃气锅炉中氮氧化气体的抑制工作也成为了当前环保事业关注的热点话题。

一、低氮燃烧技术的应用原理

以天然气作为燃料在高温氧化情况下所产生的氮氧化物危害气体数量是极其微小的，而产生的快速型氮氧化物出现的频率也较低。天然气燃料主要产生的氮氧化污染物质属于热力型物质。这些热力型的空气颗粒在与空气接触之后，其中的氮元素会随着温度条件的变化发生分解反应，并且，这些污染物质在空气中的滞留时间相对较长。通常情况下，天然气燃料所接触的外界温度越高，热力型的污染物质产生的量也会随之增加，反之，随着温度的降低，热力型的污染物质产量也会有所减小。除此之外，考虑到在燃气设备持续运作的背景下，其中蕴含着的燃料产生的气体以及设备的温度将会由于随加热时间不断增加随之增大，此时，燃烧设备内部的温度将持续提升。由此可见，在燃气设备改造过程中，最为关键的切入点就需要从温度方面进行考量，通过合理有效的提供燃气持续燃烧的温度，同时，选择提供合适的空气系数，保障燃烧过程中的效率，持续降低燃烧后产生的热力性氮氧化物数量。

二、燃气锅炉低氮改造的措施

（一）空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术主要是将燃烧区域划分为不同温度系数的两大模块，这种区别温度的燃烧模式，能够最大限度的使燃料与空气的混合更加充分，也能避免燃烧区域局部出现温度超高的问题，使燃烧设备内部的温度空间布局较为均匀，不仅能够避免温度升高的密集性问题，同时，还能在恒温条件下控制氮氧化物的产生量。空气分级燃烧技术在燃气锅炉低氮应用过程中，能够确保天然气在完全与高温反应的条件下降低氮氧化物的产生量，还能够使其中的空气系数始终保持在合理的范围内。而过量空气系数的持续增高也会导致排烟过程中所带来的热量损失，通过分级燃烧的方式就能够有效地避免这种热量的损失，进而提升对于燃料热量的充分利用效率。但是这项技术在应用过程中，也极容易出现由于燃气和空气之间混合设计方案不科学，导致局部堆积的材料无法完全燃烧的问题[2]。

（二）烟气再循环技术

经过燃烧排放后的烟气热量较高，并且内部存在超量的氮氧化物，如果不进行回收利用，这些烟气所携带的热量将会随之释放，造成热能浪费的问题。而通过循环利用的技术，能够对一次燃烧过后的烟气进行全方位的收集，将收集过后携带高热量以及污染物质的烟气外界内空气再进行混合，混合均匀后再回炉重造，实现二次燃烧的功能。其中，抽取的气体总量大约为烟气燃烧总量的15％到20%左右。这些混合气体中本身的氧气浓度就较低，在二次燃烧的过程中也能具有稀释浓烟的效果，还能够同时吸收高度的热量，使燃烧过程中的温度剧烈上升，在超高温条件下氮氧化物的产生也将受到抑制。目前，烟气再循环技术在氮氧化物的控制过程中具有显著的应用效果。

（三）水冷预混技术的应用

这项技术在应用过程中，主要是将贫燃区域的预混材料收集起来并以此作为基础条件，在应用该材料的基础上，以热煤水作为辅助工具冷却火焰的温度。在采用这项技术的过程中，火孔面主要是由多个火孔板相互组合构建起来的，这样就能够有效地避免活孔板，由于温度持续升高而出现热力变形或开裂的问题。在燃烧过程中，火孔板的内部还具有冷却设备，这些冷却管道的设计能够均匀和空白燃烧时的热量，并使燃烧的热量始终控制在合理的范围内，避免活孔板的温度超过额定值。

三、燃气锅炉低氮技术的应用效果

（一）空气分级联合烟气再循环燃烧技术的应用效果

我国某工业单位将其中320台锅炉的燃烧方案进行了改造，通过应用空气分子联合烟气再循环技术，实现低氮排放的效果。在锅炉改造完成之后，进行整体的调试工作，确保氮氧化物的排放量能够降低到每立方米30毫克的标准水平下，经过低氮燃烧技术改造之后，测量的烟气含量大约为3％到4%。该单位在供暖的初期阶段，锅炉内部有一些规模相对较小的燃气设备就具有震喘的问题，并且该问题还较为严峻，振动的力度还会随着烟筒向外传导，发出了巨大的噪音，严重地影响了周边居民的日常生活。而在实践调查之后发现，当燃烧器燃烧到40%左右的位置时，这种震喘的现象最为严重，但燃烧的程度超过50%以后，这种现象就会消失。为了确保在供暖过程中不影响到周边居民的正常生活，将该锅炉的燃烧器始终控制在50％到80%的燃烧段中，在这种情况下，锅炉在进入工作状态时也会有长达一分钟左右的正常现象，但当进入了控制区域内的燃烧段后，这种现象就会自行消失。所谓震喘现象是指非常规的振动现象，这种现象通常情况下是由于锅炉设备与燃烧器之间的性能不匹配而导致的，单纯地进行人工调试无法彻底消除根源，还需要找到与锅炉适配的燃烧器设备才能从根源上解决这一问题。而在进入严寒的冬季时节，当锅炉设备已经全面投入应用之后，对于低氮改造后的锅炉设备氮氧化物的排放量进行了抽查，抽查之后发现，其中部分已经被改造过后的锅炉并没有达成相关的排放要求，在经过人工调试之后才能达到排放标准。因此，在改造后，需要进行反复多次的人工调试，才能避免氮氧化物排放不稳定的问题出现

[3]。

（二）水冷预混燃烧技术的应用效果

某单位对内部的23台锅炉设备进行了低氮改造，在改造过程中应用到了水冷预混技术。改造过后的锅炉投入运用之后，锅炉的燃烧条件较为稳定，氮氧化物的平均排放量达到了每立方米21毫克，同时，排放的烟气中的含氧量高达4％到5%。这项技术并不会受到锅炉内部空气质量的限制，并且在改造之后也不需要经过反复的人工调试，具有使用噪音相对较低、改造过程操作便捷的优势[4]。

结语：综上所述，燃气锅炉的低氮改造措施种类多样，改造后氮氧化物的排放效果也具有较大的差异性。因此，燃气锅炉在改造过程中应当根据实际的使用效果、氮氧化物的排放控制需求进行选择。

参考文献：

[1]刘璐. 燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案及其应用[J]. 华东科技：综合, 2019(2):1.

[2]牛申祥. 燃气锅炉低氮燃烧技术的应用研究[J]. 中国资源综合利用, 2020, 38(1):3.

[3]刘志军. 在用燃气锅炉低氮改造技术及应用[J]. 上海节能, 2017(7):4.

[4]薛海驹, 张建明, 俞荻雁. 某燃气锅炉低氮改造与效果分析[J]. 燃气轮机发电技术, 2020, 022(001):49-51.