＊相世權(quán)

（辛集市建投燃?xì)庥邢薰?河北 052360）

引言

隨著全球能源開(kāi)發(fā)利用的不斷發(fā)展，能源開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越被人們重視，而化石能源所造成的大氣污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策的落實(shí)，要求在全國(guó)范圍內(nèi)逐步提高鍋爐低氮燃燒技術(shù)的研究工作，要求不斷推進(jìn)低氮燃燒器的改造措施，努力實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)禁燃區(qū)域內(nèi)1t/h以及以上的燃?xì)忮仩t總計(jì)為1134臺(tái)，這些鍋爐在燃燒時(shí)所排放煙霧中的NOx，其質(zhì)量濃度平均水平為103.3mg/m3，集中分布在80～140mg/m3區(qū)域之間，這種污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)仍然存在較大的減排空間，與國(guó)內(nèi)先進(jìn)的燃?xì)忮仩t排放量的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)30mg/m3，平均值70mg/m3比較，存在一定的差距。

為了全面推進(jìn)燃?xì)忮仩t低氮改造工作，國(guó)家出臺(tái)了關(guān)于燃?xì)忮仩t（設(shè)施）低氮改造工作的相關(guān)通知，面對(duì)國(guó)內(nèi)多種低氮燃燒技術(shù)，提高燃料和助燃空氣混合的合理性，有效控制爐膛內(nèi)部產(chǎn)生的高溫，不斷采取分級(jí)燃燒、濃氮燃燒、催化燃燒、預(yù)混燃燒以及燃?xì)庠傺h(huán)燃燒的措施，通過(guò)融入高新技術(shù)含量，能夠有效地降低NOx的生成，通過(guò)改造低氮燃燒器，提高燃?xì)庠傺h(huán)系統(tǒng)功能，逐步降低燃?xì)馕廴疚锏呐欧懦潭萚1]。

1.燃?xì)忮仩t低氮改造技術(shù)策略

(1)分級(jí)燃燒與提高煙氣再循環(huán)技術(shù)策略

燃?xì)忮仩t加熱過(guò)程中的分級(jí)燃燒或者煙氣再循環(huán)的工作狀態(tài)是屬于低NOx燃燒中的控制技術(shù)，在燃燒過(guò)程中，如果單獨(dú)采取其中的一種降氮方式，所呈現(xiàn)的效果不是很好，也達(dá)不到現(xiàn)階段嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，為了達(dá)到污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，在正常的鍋爐燃燒工作中將兩種方法融合起來(lái)運(yùn)用，這樣的使用方式不僅能夠降低鍋爐內(nèi)的燃燒溫度，同時(shí)還降低了風(fēng)壓，能夠大幅度降低熱力型產(chǎn)生的NO2，從而達(dá)到NO2的排放量屬于標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)，降低NO2的生成的時(shí)候會(huì)大幅度降低NOx的生成，由此能夠減少污染物的排放程度，被廣泛應(yīng)用在鍋爐的加熱工作中。

如果將分級(jí)燃燒與煙氣再循環(huán)兩種方式同時(shí)使用，能夠減少NOx的排放量降到70%左右，更重要的是對(duì)NOx生成的煙氣再循環(huán)的控制效果更佳，使得循環(huán)過(guò)程更加安全，鍋爐的加熱效能會(huì)提高10%～30%。因此，鍋爐的分級(jí)燃燒方式和煙氣再循環(huán)方式相結(jié)合的運(yùn)用最為普遍，而且被廣泛應(yīng)用在燃?xì)忮仩t的建成或者改造過(guò)程中[2]。

(2)對(duì)于全預(yù)混鍋爐表面燃燒技術(shù)策略

燃?xì)忮仩t的全預(yù)混燃燒按照其基本原理，在燃燒的過(guò)程中將燃燒所需要的空氣與燃?xì)馓崆斑M(jìn)行混合，能夠達(dá)到均勻燃燒的效果，在鍋爐點(diǎn)火之前，燃?xì)庠谥細(xì)獾淖饔孟聝煞N氣體的分子進(jìn)行充分混合，避免燃?xì)獾幕瘜W(xué)濃度成分不均勻?qū)е氯紵粡氐锥a(chǎn)生有害氣體，在鍋爐的燃燒區(qū)域內(nèi)運(yùn)用大量的助燃空氣將火焰溫度進(jìn)行降溫處理，由此大幅度降低熱力型的NO2的生成，燃?xì)馀c空氣的預(yù)混方式，兩種氣體的充分混合，能夠?qū)O2的排放濃度控制在15～30mg/m3之間，此方法可以應(yīng)用在新建或者整體更換鍋爐的項(xiàng)目當(dāng)中。

鍋爐燃燒的全預(yù)混技術(shù)也可以與鍋爐的表面燃燒投配合使用，能夠有效控制火焰的長(zhǎng)度，使得火焰附著在金屬纖維表層，使用這種方法進(jìn)行燃燒，能夠有效控制燃燒速度和燃燒的范圍，而且能夠有效防止鍋爐燃燒發(fā)生離煙和回火的現(xiàn)象[3]。同時(shí)所使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，鍋爐的安裝比較方便，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格要求燃?xì)獾募儍舳?，?duì)鍋爐房環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，在燃燒過(guò)程中，鍋爐的燃燒器容易被堵塞，需要定時(shí)對(duì)鍋爐的過(guò)濾裝置和鍋爐表面的燃燒頭進(jìn)行清洗和維護(hù)，而且對(duì)于空氣混合量的系數(shù)在1.5以上才能控制NO2在30mg/m3以下，如果過(guò)量空氣系數(shù)偏大，則會(huì)造成鍋爐排煙是熱量有所損失，從而降低鍋爐的熱效應(yīng)[4]。

(3)對(duì)于冰冷預(yù)混燃燒技術(shù)的鍋爐整體更換策略

鍋爐的水冷混技術(shù)也是鍋爐燃燒中的基本原理之一，這是通過(guò)設(shè)置在火焰根部的高效能傳熱冰冷管，將燃燒的火焰燃燒以后釋放，實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾偷紵c完全燃燒的相互平衡。利用水冷預(yù)混的方式冷凝鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)NO2低于30mg/m3的排放，而且產(chǎn)生的熱效能較強(qiáng)，鍋爐的整體設(shè)計(jì)緊湊，二者合為一體，因而安裝比較方便，因?yàn)橹荒苡糜谛陆ɑ蛘哒w的鍋爐更換項(xiàng)目，所以，限制了其它條件下的應(yīng)用，無(wú)法大范圍的進(jìn)行使用。

水冷預(yù)混底單燃燒技術(shù)也能夠達(dá)到鍋爐的全預(yù)混燃燒效果，擋在鍋爐燃燒的時(shí)候，能夠滿足低過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒室無(wú)堵塞、噪音低、NO2排放穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠有效防止燃燒室出現(xiàn)回火現(xiàn)象。在水冷管的作用下，如果發(fā)生回火問(wèn)題，能夠通過(guò)水冷管自身的功能利用冷壁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)自行滅火的功能?？刂迫?xì)膺^(guò)量和空氣的混合程度，能夠自行分配氣體并且保證了燃燒狀態(tài)是水冷預(yù)混技術(shù)的重要功能，這種設(shè)計(jì)不會(huì)因?yàn)闅怏w的混合不均勻而造成鍋爐局部燃燒不完全，從而生成大量的CO，甚至因?yàn)楦邷卦蚨鴮?dǎo)致生成大量的NOx[5]。

2.低氮改造技術(shù)的具體實(shí)施

(1)燃燒器類型的選擇

要想降低NOx的排量，則必須對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行合理的改造工作，根據(jù)鍋爐改造工程的不同，選擇不同的改造方案，選擇合適的低氮燃燒器，燃燒器的選擇需要根據(jù)鍋爐的本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能以及所需要的燃料的不同來(lái)確定，還要跟鍋爐的實(shí)際用途相適應(yīng)。關(guān)于燃料的選擇，需要跟鍋爐的用途相匹配，以鍋爐的熱功率性能、燃料的特點(diǎn)以及環(huán)境的特點(diǎn)來(lái)選擇燃燒器，如果是蒸發(fā)量較小的鍋爐則選擇一體式燃燒器比較適宜，而高溫或者蒸發(fā)量較大的鍋爐則選擇分體式的燃燒器比較適宜。燃燒器的額定輸出功率和消耗量相匹配，根據(jù)鍋爐的熱工率大小、熱效率效應(yīng)、燃料產(chǎn)生的熱值來(lái)確定，選擇適合鍋爐性能的燃燒器，當(dāng)燃料的消耗量對(duì)應(yīng)集中燃燒量，應(yīng)選擇鍋爐的背壓能夠有效克服鍋爐煙風(fēng)阻力的燃燒器為宜。

(2)鍋爐燃燒器的安裝及調(diào)試過(guò)程

在燃燒鍋爐低氮改造工程項(xiàng)目實(shí)施階段，需使鍋爐的燃燒器能夠發(fā)揮最大工作性能，則必須做好鍋爐燃燒器的安裝和調(diào)試工作。燃?xì)忮仩t的改造工作，能夠使鍋爐的接口密封可靠，不會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)、漏煙隔熱不良等現(xiàn)象，能夠有效固定燃燒器，有效防止火焰強(qiáng)烈的沖擊鍋爐的受熱面。鍋爐的調(diào)試主要是針對(duì)鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)的馬達(dá)、壓力開(kāi)關(guān)設(shè)置是否正常，鍋爐的風(fēng)機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作狀態(tài)是否正常，同時(shí)檢查空氣供給和排煙系統(tǒng)是否通暢，燃?xì)夤艿朗欠裼新猬F(xiàn)象，在檢查過(guò)程中，必須是用戶單位的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。在進(jìn)行點(diǎn)火調(diào)試時(shí)，啟動(dòng)燃燒器進(jìn)行點(diǎn)火，重點(diǎn)是檢查火焰裝置是否可靠，其后再檢查燃燒器運(yùn)行負(fù)荷是否正常，檢查火焰的癥狀是否正常，對(duì)煙氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，燃燒器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中空氣量供給是否正常，是否出現(xiàn)燃料過(guò)剩的現(xiàn)象，避免燃料過(guò)剩而產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，甚至排放大量污染氣體。

(3)煙氣再循環(huán)技術(shù)實(shí)施策略

煙氣再循環(huán)技術(shù)在鍋爐低氮技術(shù)改造中被廣泛應(yīng)用，確保燃?xì)忮仩t改造后的實(shí)用性更強(qiáng)，低氮排放效果更好，鍋爐設(shè)備的運(yùn)行更安全。鍋爐中的煙氣與新鮮空氣混合后，對(duì)燃燒器的助燃溫度有所控制，鍋爐中的煙溫過(guò)低，會(huì)造成冷凝水較多，從而影響燃燒器的穩(wěn)定性，而煙溫過(guò)高，則會(huì)影響降低NOx的排放效果，并且會(huì)影響燃燒器零部件的運(yùn)行狀況。因此，煙氣再循環(huán)管道需要保持一定的溫度，溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致煙氣溫度降低而產(chǎn)生冷凝水，煙氣管道兩端需增設(shè)凝水排放口，以便冷凝水能夠隨時(shí)排出。

(4)熱控電氣系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施策略

針對(duì)鍋爐的改造在更換底單燃燒器后，還需要保留源鍋爐的控制模塊，只更換鍋爐的燃燒器系統(tǒng)即可，將燃燒器與控制部分進(jìn)行對(duì)接，再根據(jù)更換以后鍋爐的煙氣外循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鍋爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并進(jìn)行調(diào)試，在此期間，檢查電氣電纜的連接是否正確，是否由電工專業(yè)人員按照相應(yīng)的要求操作，電纜的鋪設(shè)工作是否合規(guī)，控制電纜和電源電纜之間是否保留了足夠的間距。電氣設(shè)備是否運(yùn)用絕緣電阻，電纜的強(qiáng)度是否足夠，是否安裝了良好的外殼保護(hù)結(jié)構(gòu)，更應(yīng)該注意的是外部導(dǎo)電布建應(yīng)接地，接地電阻要適中。

3.燃?xì)忮仩t低氮改造實(shí)施效果分析

(1)NOx減排效果分析

燃?xì)忮仩t低氮改造工作，經(jīng)過(guò)改造前技術(shù)方面的證明，改造以后運(yùn)行狀況的檢查，經(jīng)過(guò)測(cè)試，大部分的鍋爐從改造前NOx的排放量103.3mg/m3下降到改造后的27.5mg/m3，NOx減排率高達(dá)73.4%，有效降低NOx的排放量。

(2)鍋爐的節(jié)能效果更加明顯

對(duì)于鍋爐的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換以后，底單冷凝式燃?xì)忮仩t的排煙溫度大幅度降低，鍋爐的熱效率明顯提高，更換低氮燃燒器的燃?xì)忮仩t，不僅效益始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，還大大提高了燃燒效率，熱效率的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果高達(dá)91.88%，完全符合鍋爐節(jié)能監(jiān)督管理規(guī)定的監(jiān)測(cè)要求。根據(jù)用戶單位燃?xì)獾挠昧縼?lái)看，低氮改造醫(yī)護(hù)燃?xì)忮仩t的節(jié)能用氣量高達(dá)23.1%，如此情況下，全年可以節(jié)約的燃?xì)庥昧繒?huì)是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)[1]。

(3)鍋爐運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定率提高

通過(guò)對(duì)原有鍋爐進(jìn)行改造，將燃燒器和鍋爐進(jìn)行更新?lián)Q代，鍋爐排放的污染氣體降低了許多倍，這不僅達(dá)到了環(huán)保的要求，也提高了鍋爐安全運(yùn)行的保證，而且增加了自動(dòng)控制的全面升級(jí)，鍋爐設(shè)備的安全控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，安全保護(hù)功能相對(duì)完善，運(yùn)行安全可靠。鍋爐設(shè)備的安全防控能力大幅提高，通過(guò)低氮改造的燃?xì)忮仩t非常輕松地通過(guò)了安全性能檢驗(yàn)，通過(guò)出具的報(bào)告顯示，鍋爐監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)度符合相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。

(4)鍋爐燃燒熱能供給的影響

通過(guò)對(duì)鍋爐改造更新，低氮燃燒控制技術(shù)能夠有效降低鍋爐爐膛燃燒溫度控制NOx的生成，能夠完善鍋爐輻射吸收熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)吸收的熱量，提高了鍋爐的供熱能力，改造后鍋爐排煙溫度的升高，排煙熱量也會(huì)增加，鍋爐輻射所吸收的熱量減少，因此，在改造設(shè)計(jì)燃料下鍋爐運(yùn)行所付出的能量小于原設(shè)計(jì)鍋爐所付出的能量。

4.結(jié)論

綜上所述，對(duì)鍋爐的低氮改造工作，使得鍋爐的風(fēng)機(jī)燃燒結(jié)合煙氣再循環(huán)過(guò)程，以全預(yù)混表面燃燒、水冷預(yù)混主要方式的運(yùn)行，使低氮燃燒技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了鍋爐較好地節(jié)能減排，通過(guò)對(duì)鍋爐實(shí)行更換新型底單燃燒器或者低氮冷凝鍋爐的方式，在很大程度上會(huì)改變由于鍋爐燃燒造成的高污染、高耗能的現(xiàn)狀。在當(dāng)前節(jié)能減排、提倡“雙碳”環(huán)保戰(zhàn)略規(guī)劃的關(guān)鍵時(shí)期，燃?xì)忮仩t低氮改造工作顯得尤為重要，大力開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)施和經(jīng)驗(yàn)推廣具有重要的借鑒意義，從而也促進(jìn)了燃?xì)馊紵鳟a(chǎn)業(yè)鏈以及相關(guān)配套技術(shù)的不斷發(fā)展，有利于促進(jìn)“雙碳”經(jīng)濟(jì)綠色的正常發(fā)展。