摘要：NOx是雾霾天气的重要成因，燃气锅炉低氮改造是继“煤改气”后成又一项治霾重要举措。本文从燃气锅炉NOx生成原理出发，阐述了燃气锅炉低氮燃烧技术及其案例应用，希望为读者提供参考。
关键词：燃气锅炉、低氮改造、案例应用
1 燃气锅炉低氮改造的必要性
近年来，随着国家“煤改气”政策的持续推进，西北某重点城市主要污染物颗粒物和SO2已得到有效控制。但在NOx排放控制方面，与已经过超低排放改造的燃煤锅炉（NOx≤50mg/m3）相比，常规燃气锅炉显得并不“清洁”，往往大于100mg/m3。专家指出，NOx作为雾霾重要成因，需要对燃气锅炉进一步进行低氮改造。
2 燃气锅炉NOx生成
按照NOx生成原理，主要分为：热力型、快速型和燃料型。热力型NOx是空气中的氮在高温 (1300～1500℃)下分解氧化产生的，火焰温度1500℃以上时成倍增加，混合燃烧气体中氧气浓度越高，燃烧停留时间越长，产生的热力型NOx就会越多。快速型和燃料型NOx由于生产量少，可忽略不计。因此，控制燃气锅炉NOx的生成关键，是控制热力型NOx。
3燃气锅炉低氮技术分类
控制热力型NOx生成，常规可采取三类低氮技术：分级燃烧、全预混表面燃烧和烟气再循环技术。
3.1 分级燃烧
燃料和空气分级送入炉膛，分阶段混合燃烧，从而降低燃烧强度和火焰温度。燃烧室划分富燃区和贫燃区。燃烧时,过量的空气加入到贫燃区,便可以使火焰中心最高温度降低, 并使炉膛内的温度分布更加均匀,消除了局部高温,热力型NOx生成量也随之减少。
3.2 全预混表面燃烧
全预混表面燃烧技术是将锅炉燃烧所需的天然气和空气按照设定好的比例进行预先混合，火焰沿着金属纤维表面进行均匀分布,有利于形成均匀分布的温度场,降低单位面积上的热负荷。过量的空气可以降低火焰温度,从而达到减少NOx目的。
3.3 烟气再循环
烟气再循环燃烧技术是指在燃气锅炉的空气热器前抽取部分温度较低的烟气经冷却后再循环送回燃烧区，或与空气进行混合后送入燃烧区，通过循环烟气的吸热作用降低火焰温度，稀释氧气浓度，降低燃烧速度，以减少热力型NOx生成。
4 低氮燃烧的案例应用
某市雁东供热站2#锅炉房3台116MW燃气热水锅炉，供热面积约800余万㎡，改造后要达到NOx≤80mg/m3的排放标准，未来有达到≤30mg/m3要求的可能，因此，改造目标定为NOx≤72mg/m3（含氧量3.5%），并预留2-3年内增加烟气回流技术FGR系统后NOx≤30mg/m3的功能。改造后经过2个采暖季的实际运行，NOx排放稳定在50~70mg/m3。该项目主要采用意大利某品牌燃烧器进行了原燃烧器整体更换，主要采用了以下几项技术实现了低氮燃烧目标：
4.1 分级分区燃烧
燃烧器采用中心燃烧和外围多枪嘴燃烧，形成多区域燃烧，扩大了燃烧区域，降低了局部高温；该燃烧器通过燃料分级和空气分级来避免中心火焰区；采用先进的 V 型燃烧技术，将火焰细分到371组，每组火焰之间形成左右上下V字形燃烧，从而使2支火焰之间形成负压回流区，这能降低火焰的最高温度。在原低NOx的基础上再次下降25-33%排放。
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图1：燃料分级的示意图
4.2 多级配风技术
燃烧空气分为根部风、一次风和二次风三部分，与燃气混合，在高温区贫氧燃烧，降低高温区的NOx，在低温区形成富氧燃烧，最终达到燃烧平衡，降低 NOx 的生成总量。该燃烧器采用独立无极可调式中心稳燃火焰模式，该独立稳燃火焰采用柔性半球面全比例调节，燃烧喷射口采用27路V型火焰，大大加大了调节比，调节比达到1:12，使火焰从8%到100%均能处于稳定燃烧，可以调节中心火焰温度，降低 NOx 的产生，并有效控制 CO 的生成。这种专利性燃烧技术的设计，在原有低 NOx 排放基础上，再次下降 25-33%，这种 NOx 的下降，无需通过外部的外循环技术，因此，不会降低锅炉效率。
4.3 炉内烟气再循环技术
独特的360度旋转气嘴和燃烧筒设计，空气扩散分四级配三路气环多路走向超细分流采用气环式设计，实现燃料超音速和紊流及流风交叉分配，达到低 NOx 排放和最高燃烧器效率，提高外围气嘴的火焰出口速度，主火焰对低温烟气的卷吸能力加强，均匀火焰的温度峰值，抑制热力型NOx生成。
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图2：炉内烟气再循环示意图
4.4 超混合技术
独特的稳焰盘和配风设计，使燃料和空气快速充分混合，提高其混合能力，降低NOx的峰值温度，改善燃烧条件，提高燃烧效率，从而减小副反应NOx生成。
4.5 低氧燃烧
独特的燃烧设计，并通过BMS的控制，保持适当的低过剩空气系数，降低燃烧过程中的氧气供应量，既抑制了NOx生成反应，又提高了锅炉热效率。
4.6 特殊喷嘴设计
燃烧器采用超低NOx不锈钢燃烧头，此特殊喷嘴设计有效降低燃料低位热值，控制燃料燃烧温度，实现燃料的富氧燃烧，从而满足降低NOx排放要求。
4.7 空气与燃料的完全匹配
采用无级配风和燃料输入使炉内产生内循环，进而使燃烧室利用最大化,降低 NOx排放；燃烧器的配风是非常重要的，是节能减排的重要保障。设定燃料工况和自动跟踪，首先给出燃料工况，控制系统自动根据烟气中的含氧量，进行配风微调，能够快速满足燃料变化的要求，也能做到精确控制配风，确保高的燃烧效率。
4结语
我们在合理利用现有燃气锅炉低氮燃烧技术的同时，要积极探索低氮新技术，以满足不断提高的新的环保标准，同时，要确保低氮排放和锅炉效率之间的平衡，用最小的效率影响，争取更多的减排效果。
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