燃气工业锅炉低氮改造技术及应用效果探究

王理想

舞阳钢铁有限责任公司 河南 舞钢 462500

在燃气工业锅炉的燃烧过程中会生成大量的NOx，其将会造成严重的空气污染。大量的NOx会导致酸雨的产生、加剧温室效应、破坏大气的臭氧层等，这将使得人们的生活质量呈显著的下降趋势，从而严重威胁人们的身体健康。为了进一步提高燃气工业锅炉工作过程中释放出的NOx含量，本文将通过低氮改造技术来减少NOx对环境造成的不良影响。

1 低氮燃烧技术概述

一般情况下，天然气在燃烧过程中几乎不会生成燃料型NOx，且快速型NOx的占比相对也比较低，其产物以热力型NOx为主。热力型NOx是空气中的氮分子经过高温氧化分解而产生的氮氧化物，其主要表示式为[1]：

根据上式的具体化学反应情况，在燃烧过程中温度越高，其将会生成更多的NOx，反之亦然。Zeldovich证明，当燃烧温度达到1800K时，NOx生成物将会发生一定的质变；当燃烧温度低于1800K时，NOx生成物的质变速率可忽略不计，一旦超过1800K时，NOx生成物的质变速率将会扩大6～7倍，呈显著的增长趋势[2]。

2 燃气工业锅炉低氮改造技术

2.1 空气分级燃烧

当燃料与空气的混合占比达到最佳比例时，气体的燃烧速率将快速增长，燃烧温度将会持续增高。为了能够适当降低气体的燃烧强度和火焰温度，可以将空气与燃气进行分级燃烧，同时形成的具有还原效应的气体还能够在一定程度上抑制NOx的形成。根本原因在于大量空气指数为0.8的气体能够有效阻止NOx等相应氧化物的形成，当整体空气指数处于降低状态时，其能够在相应的区域范围内实现完全燃烧，从而避免空气指数过高引发的热量损失。

2.2 燃料分级燃烧

对于燃料分级燃烧而言，其主要是将来自不同区域的气体注入燃烧室内部，同时针对具体的燃料进行分区域分阶段的燃烧。通常情况下，一级燃烧将会生成大量的NO产物；二级燃烧将会形成具有较强功效的还原型气体，然后将一级燃烧过程中生成的NO产物还原为N2，从而达到减少NOx含量的目标。与此同时，燃料分级燃烧还能够有效降低燃烧中火焰的温度，在一定程度上抑制NOx的形成。

2.3 全预混表面燃烧

对于全预混表面燃烧技术而言，其能够在最大程度上抑制燃气工业锅炉的NOx排放，效果显著。首先，表面层次燃烧的火焰将会顺着金属纤维进行均匀分布，便于整个燃烧区域的均匀分布，极大地减少单位面积上的热量。其次，金属纤维表面层次燃烧量值α通常约为1.5，量值越大的燃烧气体对火焰的控制程度将会越优。全预混表面燃烧技术在满足实际需要的状态下，将NOx的排放总体量值维持在30mg/m3以下，但此时将会造成一定量值的热量损耗，同时特殊金属质地的纤维燃烧探头更易堵塞，增加后期清理维护难度。

3 燃气工业锅炉低氮改造技术应用

3.1 燃气工业锅炉低氮改造技术应用效果

在2016年之前，我国对空气污染物中的氮氧化物排放标准要求不高。对于目前大部分燃气工业锅炉的氮氧化物排放量值而言，其均处于150～200 mg/m3之间，这并不符合新的环保排放标准要求，因此根据燃气工业锅炉的实际应用现状进行有针对性的低氮改造。

在燃气工业锅炉的低氮改造过程中，其主要针对其中涉及的燃烧设备及相应的辅助工具进行改造，大部分情况下采取的改造形式主要分为：整体更换新型低氮燃烧装置、改造现有的燃烧装置。由于各个区域的经济发展和实际环保现状存在差异性，燃气工业锅炉的改造投入资金和实际能力也不同，因此需要因地制宜，根据自身实际情况采取既能够符合标准要求又切实可行的方式，从而在一定程度上降低空气污染程度。

3.2 燃气工业锅炉低氮改造技术的案例分析

燃气工业锅炉低氮改造技术的案例介绍，锅炉的总体蒸发量为16t/h，炉膛直径为1500mm，长度参数为5740mm，采用低氮改造技术之前应用weishauptWKG70/2-A燃烧装置，炉体的热负荷为11.2MW/m3，氮化合物排放为131mg/m3，锅炉主体状态良好。根据实际情况可知，其燃气工业锅炉的本体不需要改造，将其中的燃烧装置更换为新型的低氮燃烧装置，并采用FGR烟气再循环技术，充分满足氮氧化物不超过30mg/m3的排放要求。因此，该改造工程最终选择BLU 18000 FGR型低氮燃气燃烧装置，该燃烧装置燃料为天然气，改造后情况如下：

（1）NOx排放。应用新型的低氮燃烧装置，采用多火焰燃烧方式和烟气内循环，延伸火焰燃烧区域，降低火焰中心温度抑制；并采用FGR烟气再循环控制系统，实现更低的NOx排放，正常运行时NOx排放为28mg/m3。

（2）能效和安全性。燃烧装置的负荷调节采用PID连续比例调节模式，整合比例参量为1∶8，锅炉实现平稳运行，提高锅炉的能效和安全性。

4 结束语

为了有效减少燃气工业锅炉工作时对环境造成的不良影响，需要采取相应的措施降低氮氧化物的总体排放量。在实施低氮改造技术工程过程中，需要根据燃气工业锅炉的实际情况进行全面详细的分析和深入的研究，采取先进的科学技术手段，以最合理的技术支撑成本减少燃气工业锅炉的NOx排放，从而在一定程度上保证空气质量。