燃气锅炉燃烧器低氮改造后对锅炉效率的影响

北京燃气能源发展有限公司 李明星

燃气锅炉燃烧器低氮改造后对锅炉效率的影响

北京燃气能源发展有限公司 李明星

以天然气为燃料的锅炉燃烧器经过技术改造后，氮氧化物排放符合国家排放标准，对环境保护产生了重要的意义。但燃烧器改造后会对锅炉排烟温度产生影响，同时会使锅炉单机效率有所降低，通过采用三电子比例调节的方式将锅炉的效率提高。

燃烧器；低氮改造；锅炉效率；降低

1 概述

天然气作为我国的主要清洁能源，以其绿色环保、经济性高、安全可靠、储量丰富等优点被广泛应用于国民生产。针对当前环境污染的紧迫性，政府制定出更为苛刻的排放要求，同时各地对清洁燃料的需求进一步提高。天然气作为一种清洁能源，能减少近100%的二氧化硫和粉尘排放量，60%的二氧化碳排放量和50%的氮氧化合物排放量，并有助于减少酸雨形成，缓解地球温室效应，从根本上提高环境质量。公司锅炉供能燃料为天然气，由于锅炉安装较早，锅炉当前氮氧化物排放量为90mg/m3，燃烧器燃烧后的废气排放无法满足国家制定的污染物排放最新标准——《锅炉大气污染物排放标准DB11/139-2015》的限值要求（2017.3.31日之前在用锅炉排放标准为80mg/m3），见表1。为达到此排放要求，公司对燃气锅炉燃烧器进行改造，本文主要研究锅炉燃烧器改造对锅炉效率产生的影响。

表1 新建锅炉大气污染物排放限值

2 锅炉效率的主要影响因素

锅炉的热效率是衡量锅炉最重要的一个指标，影响锅炉的效率的主要因素有：排烟温度热损失、散热损失、燃料不完全燃烧及锅炉结垢等。由于燃烧器进行改造后散热损失及锅炉结垢与改造前的相比较未发生改变，因此对锅炉的热效率并无影响，燃烧器改造前与燃烧器改造后改变的因素主要有两个，即排烟温度热损失与燃料的不完全燃烧程度，因此本文主要研究这两种因素对锅炉效率的影响。

2.1 排烟温度热损失

排烟温度热损失是燃气锅炉热损失中最主要的一项，它主要取决于排烟温度与过量空气系数λ。（过量空气系数是燃烧1kg燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧1kg燃料所需的空气质量之比，是我国及俄罗斯等国通用的研究可燃混合气成分指标，常用符号λ表示），λ与排烟热损失q1关系：

根据经验公式：q1=（0.5+3.5λ）（T排烟-T环境温度）

在运行中，要尽可能地在保证完全燃烧的条件下降低q1来提高锅炉的燃烧效率，锅炉排烟温度偏高就会导致锅炉的热效率降低。排烟热损失随排烟温度的升高和空气系数的增大而增大。燃气锅炉排烟中含有蒸汽，过热蒸汽是烟气中热量的主要携带者。因此，燃气锅炉排出的烟气中除显热外，还有大量潜热，这一部分热损失的大部分（约70%）可以通过接触式换热设备进行回收。

2.2 气体不完全燃烧热损失(q2)

燃气锅炉在燃烧良好的情况下,气体不完全燃烧热损失较小。根据燃烧器厂家提供的数据，燃烧器的燃烧效率一般为99.0%～99.5%，即气体不完全燃烧热损失率为0.5%～1.0%。但在燃烧不良的情况下，气体不完全燃烧热损失率很高。

λ与气体不完全燃烧热损失q2的关系：

根据经验公式：q2=3.2λCO%

β：燃料特性系数，与燃料种类有关；

RO2：烟气中SO2和CO2的含量；

由上式可以看出，q2和λ与和CO%乘积成线性关系，在运行中如果λ过小导致燃烧不充分，烟气中的CO%增加导致气体不完全燃烧热损失增加。因此在燃气锅炉调试时，应由调试人员对各种工况进行认真调试和检测，使燃气锅炉达到最佳的燃烧状态。宜选择具有比例调节功能的燃烧器，它能够随着供暖热负荷的变化自动调节燃气与空气的配比，使其保持较高的燃烧效率。

3 低氮燃烧技术的介绍

将现有的德国ELCO制造的VG系列的VG6.2100 DP/TC燃烧器更换为北京市环科院、北京环科环保技术公司、清华大学联合开发的型号为HBUNB14-50低氮燃烧器并辅以烟气再循环技术。该燃烧器采用了三电子比例调节，分别对燃气流量、空气流量和再循环烟气流量实施线性控制，从源头实现了对天然气燃烧过程中NOX的控制。通过旋流器与烟气内循环技术的结合加强了火焰燃烧稳定性，耦合了分级燃烧技术控制火焰外形，再辅以外部再循环烟气对燃烧区温度进一步降低，实现了对热力型及快速型NOX的有效控制。

4 低氮燃烧与锅炉效率的关系

锅炉改造完成后其CO排放量由0mg/m3增加至2.6 mg/m3；NOX排放量由改造前的94mg/m3降至改造后的27.4mg/m3,氮氧化物排放量下降69.5%左右，满足《锅炉大气污染物排放标准DB11/139-2015》对在用锅炉的预期排放限值要求。

为了验证锅炉脱氮改造对锅炉效率的影响，统计了锅炉改造之前与锅炉改造之后运行及耗能数据进行对比分析，具体数据见表2。

通过1#蒸汽锅炉改造前进一个月的数据与改造后数据对比可知，经过改造后试运行3个月，锅炉产生每吨蒸汽的天然气耗气量由65.4m3/t下降到62.9m3/t，降低了2.5%；同时锅炉效率由120%升至126.2%，单台锅炉效率提升6.2%。因此可以得出，脱氮在一定程度上降低了燃气消耗，同时提高了锅炉的效率。

5 低氮燃烧对锅炉效率的影响结论

通过以上分析可知，影响锅炉的效率主要有两个因素。本次改造利用外部再循环烟气会增加一部分天然气燃烧产生的热量从而提高锅炉效率并减少了燃气耗量；更换后燃烧器通过三电子比例调节燃气流量、空气流量和再循环烟气比例，降低排烟温度。

表2 锅炉改造前与改造后耗能及锅炉效率对比

图2

内外环载物平台均可进行顺、逆时针的转动，每一层都有独立的电机控制载物平台旋转，并且内外环的载物平台也都是独立运转的。其驱动动力由三相异步交流发电机来提供，通过PLC控制器使其平稳的运转。

4 结束语

据专家预测，未来几年中国汽车保有量会井喷式增长。停车难的问题会越来越严重，而立体车库将会成为解决问题的主力军。圆形塔式立体车库在现有立体车库中优势明显，它的空间利用率高，运行稳定性好，相信圆形塔式立体车库将来必定有一番作为。

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