AdvancedEmerMechanicalEngineering,机械工程(1)2019,3 ISSN:2661-3530(Print) ISBN:2661-3549(Online)
基于燃气锅炉低氮改造技术及应用探究
天津 300211
【摘要】燃气锅炉在燃烧过程中产生大量的氮氧化物。当一氧化氮排放超过标准要求时,空气被污染并发 生浑浊。为了有效地解决这个问题,可以将氮气技术应用于燃气锅炉。
【关键词】燃气锅炉;低氮改造技术;应用
燃气锅炉的燃烧产生大量的 NOx并严重污染 空气质量,它的存在产生了酸雨,增强了温室效应, 破坏了臭氧层,产生了光化学雾霾,严重影响人们的 生活质量,严重威胁人类健康。为了有效地减少燃 气锅炉运行 期 间 的 氮 氧 化 物 排 放,可以使用氮转化 技术来减少对环境的影响。
1 燃气锅炉低氮燃烧的必要性
近年来,由于我国工业的快速发展,经济水平显 著提高。但是,也对生态环境造成了破坏,大城市的 雾霾现象越 来 越 严 重。行业专家和学者研究发现, 燃气锅炉使 用 天 然 气 作 为 主 要 燃 料,天然气燃烧产 生的废气含有大量NOx,而氮氧化物(NOx)是产生 雾霾的重要原因,作为能源结构优化调整的一部分, 我们需要使用 氮 气 技 术 来 满 足 燃 气 锅 炉 中NOx排 放的标准要 求。所以为了有效地解决雾霾问题,必 须 要 使 燃 气 锅 炉 的 比 例 有 所 下 降,以 控 制 NOx 排放。
图1 立式锅炉
2 常用的低氮燃烧技术
目前,相对复杂的低氮燃烧技术主要涉及分级 燃烧、废气再循环、完全预混表面燃烧和水冷预混。
2. 1 分级燃烧
分级燃烧将燃烧室分成富燃料燃烧区和贫燃烧 区。将整个系统中的过量空气量保持在恒定水平的
燃烧阶段是 一 种 广 泛 使 用 的 控 制 低 氮 燃 烧 的 技 术。
例如,贫燃烧区由相对于富燃烧燃料的燃烧区的过 量空气补充,该区域的安装增加了燃料和空气深度 混合所需的时间,降低了火焰中心的最高温度,并确 保了炉内温度的均匀分布,避免了局部的高温,减少 了NOx量。图2和图3是同相燃烧和废气再循环 的示意图。
图2 分级燃烧示意图
图3 烟气再循环示意图
2. 2 烟气再循环技术
废气再循环(FGR)是一种有效的气体燃烧器技 术,可有效减少一氧化氮的排放。将15%至20%的 废气送至烘 箱 中,以便与燃烧空气混合进行下一次 二次燃烧。废气用作散热器,稀释混合物中的氧浓 度并防止燃烧温度升得太高,从而防止 NOx氮氧化 物的形成。
2. 3 全预混表面燃烧技术
燃料和空气 首 先 由 金 属 网 燃 烧 器 供 给,金属网 燃烧器由以 下 特 殊 的 铁 铬 铝 合 金 制 成,在燃烧室前 0
2 张晓红
天津市天津医院
DOI:10.18686/jxgc.v1i3.1204
AdvancedEmerMechanicalEngineering,机械工程(1)2019,3 ISSN:2661-3530(Print) ISBN:2661-3549(Online) 面和均匀 的 纤 维 织 物 表 面 完 美 混 合 金 属 可 透 过 气
体。均匀的透气性和预混合使燃烧非常稳定,温度 均匀分布,防止局部热 区 的 形 成,有 效 抑 制 热 NOx 的形成。图4和5示出了金属表面燃烧头,燃烧火 焰模拟电路和水冷燃烧口的预混合板的示意图。
图4 金属表面燃烧头及燃烧火焰
图5 水冷预混燃烧火孔板冷却示意图
当使用表面 燃 烧 技 术 时,由于金属织物内部的 低电荷和 红 外 辐 射 发 出 的 热 量,燃 料 气 体 被 加 热。
在高负荷条件下,易燃混合物在织物上燃烧,使得热 量会聚。完整的混料燃烧还具有耐燃性高、火焰短、
设备小的优点。
2. 4 水冷预混技术
水 冷 预 混 料 基 于 磷 预 混 料,可 以 制 作 冷 却 剂。
该燃烧过程的燃烧孔表面由多个带有火焰开口的板 组成,这些板可以有效地减小由于温度升高引起的 燃烧板的热 应 力 应 变。冷却水管位于消防栓上,阻 燃板的热量减少,从而减少 NOx的排放量。
3 低氮技术的应用实例
2015年,我国的空气污染物,特别是氮氧化物的 排放标准很 低。目前,用于生产氮氧化物的大多数 燃料和燃气锅炉达到150至200mg/m3,这与新的环
境排放不相符。根据标准要求使用的许多燃气锅炉 迫切依赖于氮转化,更换新的低氮燃烧器,改造现有 的燃烧器。转换主要用于燃烧器和其他相关配件。
投资改造基金的能力取决于当地地区的经济发展和 环境条件。应采用适应当地条件,符合所有标准要 求和现实可 行 性 的 方 案,并提供令人满意的社会效 益。下面你会发现两个使用真正的燃烧器重氮化的 例子。
3. 1 上海血液中心两台 WNS3.91-1-Y 蒸 汽锅炉低氮改造
锅炉容量为 4 吨/小时,炉子直径为 864 毫米, 长度为3774毫米,炉容量为1.266兆瓦/立方米,亚 硝酸盐流量为200毫克/立方米,在使用三级燃油炉 进行转换之 前,锅炉没有损坏。所以没有必要根据 相关参数更 换 锅 炉 体,但燃烧器可以用新的低氮燃 烧器 更 换,以 满 足 80 毫克以下的氮氧化物排放要 求。该项目的结果是,Riya400RLS4ii多用途气炬 主要用于燃气。切换后的气体的运转条件如下。1) NOx排放减少。由于气体和空气的逐渐燃烧,新的
低氮燃烧头实现了低水平的氮燃烧,排放 NOx的锅 炉中的标 准 氧 含 量 为70mg/m3。2)能 源 效 率 和 安 全。燃烧器负载控制在三级火灾中设置的最大设定 系数为1∶5,以防止锅炉无故障运行,防止频繁启动 和停机,创建更高效、更安全的锅炉,降低运营成本。
3. 2 蔚秀园小区供热锅炉房
蔚秀 园 小 区 由 两 台 WNS10.5-1.0/115/
70-Q 燃气锅炉提供动力。它是一种能够强制循环 并在 高 正 压 下 运 行 的 水 管 锅 炉,排 出 浓 度 约 为 150mg/Nm3。德 国 制 造 的 分 体 式 燃 烧 器 DG- Tron6.13000R 采 用 氮 气 重 整 技 术,将 废 气 中 的 NOx含量显著降低至52mg/Nm3,每年减少氧化物
排放2675kg,改善了空气质量。
3. 3 燕北园小区供热锅炉房
蔚秀园小区由两台WNS7-1.0/115/70-YQ 燃气锅炉控制。它是一种多管锅炉,具有强制循环, 低压 运 行 和 重 建 前 的NOx 排 放 浓 度 约 为 150mg/
Nm3。通 过 使 用 德 国 比 例 燃 烧 器 EKEV09.
8700G-EU3,根据氮转化技术,其排放的 NOx含量 可显著 降 低50mg/Nm3,每 年 减 少 氮 氧 化 物 排 放 1475千克。
4 改造实施中的注意事项
4. 1 对燃气的要求
采用渐 进 式 燃 烧 技 术 的 低 氮 燃 烧 器 具 有 小 孔 径、大喷嘴分布和相对高的供气压力。如上所述,奥 1 2
AdvancedEmerMechanicalEngineering,机械工程(1)2019,3 ISSN:2661-3530(Print) ISBN:2661-3549(Online) 林GP1000M 所需的气体压力仅为15kPa,而更新的
CM13需要 25kPa或更高的速度。为此,需要调整 锅炉房中的 气 体 压 力,并检查是否可以满足膨胀机 和流量计的要求。一些天然气公司也为每台机器和 仪表使用单独的测量方法。如果在转换过程中锅炉 数量发生变化,则必须更换燃气表,并且必须处理气 体交换程序,而且还必须考虑与确定现代化程序有 关的额外费用。
4. 2 超低氮燃烧对炉膛尺寸的要求
氮气锅炉的加热范围非常小。如果加热面积太 小,则热量逐渐被吸收,炉温升高,NOx排放浓度<
30mg/m3。另 外,如 果 烤 箱 的 直 径 太 小 或 烤 箱 很 短,烤箱燃烧的空间很小,很容易形成火焰壁,局部 温度太高,散热量也很大,使得 NOx不能有效降低。
4. 3 对风道的要求
通过分级燃烧技术+FGR,鼓风机功率高于原 始风扇,风量和风压都增加了。因此,必须考虑原始 管道的阻力,特别是钢板的管道。如果排气管不够
强,则抖动将反复改变管道中的流动面积,导致气流 不稳 定。 所 以 根 据 需 要,采 取 措 施 增 加 排 气 管 的 阻力。
4. 4 对烟气再循环量的要求
FGR 达到 了 控 制 精 确 废 气 再 循 环 的 要 求。当 废气比例达到18-20%时,降低氮含量的效果最好。
低于该 值,很 难 使 NOx排放低于 30mg/m3。如 果 火焰中的氧含量 超 过20%,则火焰中的氧含量将略 低,火焰将变得不稳定,因为燃烧将变得不稳定,锅 炉将阻塞并且燃烧气体将通过重力产生。
5 结语
减少一氧化 氮 的 排 放,可有效降低燃气锅炉对 环境的影响。在减少氮气排放时,需要对燃气锅炉 的实际位置 进 行 科 学 合 理 的 分 析,减少燃气锅炉的 氮氧化物排 放,从而有效保护人类环境。所以我们 要大力支持技术上具有高度经济可行性的行动。
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