大庆高新技术产业开发区规划建筑设计院 黑龙江大庆 163316
摘要：上海已提出从2018年到2020年底完成中小型油气锅炉升级改造。根据某公司2019年实施地标低氮转化项目实施的要求，结合上海等省市已公开的数据进行了分析，并对其适用性进行了更广泛的分析，更可靠运行的低氮燃烧室结合烟气外回路改造方式，从选型、施工、调试、运行等角度提出了一些建议。
关键词：供热燃气；锅炉；低氮改造
1项目实施
某公司有五个中小型天然气锅炉，其中三个是安排紧急热源Xingho开发区，模型是szs50 - 1.5/250 - y / Q，szs50 - 2.6/250 - y / Q，szs50 - 2.6/300 - y / Q50T / H，和两个锅炉房在工厂开始安排。型号为SZS25-2.6/240-Y/ Q25T/H。燃气蒸汽锅炉的基本NOx排放量约为80mg/m3，需要通过升级将其降至50mg/m3以下。
控制NOx排放可以通过抑制NOx的热工类型和燃料类型来实现。当燃料是天然气时，由于天然气的含氮量低，热氮氧化物是实践中唯一可以控制的组分。燃烧校正是通过降低火焰温度来实现的，这对于降低热氮氧化物是最有效的。
通过综合评价，决定更换低氮燃烧器+烟气外循环的技术路线，在实现低氮燃烧烟气内循环的前提下，辅助烟气外循环。通过混合烟气空气减少助燃空气中的氧气的浓度，以减少燃烧火焰温度200℃，抑制热氮氧化物生成的氮氧化物排放浓度降低30毫克/立方米，因此上海总排放浓度达到排放标准50 mg / m3下面，最佳值可达28mg/m3。可以看出，燃气锅炉的NOx排放浓度仍有进一步降低的潜力。
2改造过程中的注意事项
2.1燃烧器的选型
将现有锅炉燃烧器更换为低氮型燃烧器以改善炉膛内烟气内循环。燃烧器选型要考虑以下4点。
1）燃烧火焰长度、宽度、刚度尺寸是否与炉膛尺寸相匹配、深入炉膛内部尺寸是否匹配烟气内循环要求，因为燃烧器火焰过大会造成水冷壁直接接触火焰而受损。以本项目50t/h燃气锅炉为例，炉膛尺寸长11520mm，宽2600mm，高2600mm，燃烧器选型时核对燃烧火焰试验参数，并与锅炉制造厂沟通取得技术匹配的认可；
2）现有前墙受热面对安装尺寸的适配程度。采用烟气内循环的燃烧器需要深入一定的长度，让火焰根部形成稳定的回流区以提高燃烧稳定性；
3）燃烧器风道、燃气管道、点火电极、PLC等接口是否匹配，有差异的需要在生产前沟通清楚；
4）燃烧器阀组型号能否重复利用，并匹配新的燃烧器控制系统。
2.2燃烧器的更换
燃烧器的更换要注意：燃烧器法兰螺栓孔与原有锅炉前面板螺栓孔是否匹配，防止燃烧器到场后装配不上；燃烧器固定完成后，要对燃烧器与锅炉前面板之间的间隙进行二次密封；燃气主管道开孔前一定要做好安全准备，彻底放空燃气管中的残余燃气，并用可燃气体报警器在放散管处测量无误后再进行开孔作业，防止出现燃气爆燃现象；燃烧器更换后，可能会出现原有燃烧器到控制柜之间的电缆（含电源线、控制线）不匹配现象，需要重新布线，以前的原有电缆大部分都是埋地的，如需新布线建议增设桥架，不破坏现有装修地面；燃烧器控制柜与锅炉控制柜之间的连接、锅炉控制柜与DCS监视系统的连接要充分考虑锅炉控制系统匹配的完整性和可靠性。
2.3再循环风机的选型
再循环风机选型要核对再循环风机的风压、风量是否符合设计要求，原有配电系统由于电动机功率的增加，其出线分配是否需要改变。
2.4再循环烟风道的要求
再循环烟风道要考虑：钢板材质、厚度是否符合设计要求；烟风道肋板规格、距离是否符合设计，防止震动产生噪音；再循环风道需埋地部分，要对预制风管进行煤油渗透试验以确认严密性，埋地钢板风道外部要做防腐；由于空气与富含水蒸气的烟气掺混，混风箱、风道需设置低位自动疏水、水封装置。
2.5热控电气系统的要求
热控电气系统要考虑：敷设增加的控制及动力电缆是否满足现场设备的需求，同时根据烟气外循环系统对锅炉控制逻辑要求升级改造并进行相应的调整试验。
2.6调试的要求
燃烧器的调试应在燃烧器制造单位或其授权单位的技术人员现场指导下进行，锅炉使用单位应确保无关人员不得在锅炉附近聚集；燃烧调整主要根据中心环开度、外环开度、鼓风机频率确定基本燃烧情况，参考值为烟气在线监测系统CO含量不超过10mg/m3；辅助调节再循环风机频率、再循环风门开度、鼓风机开度来调节燃烧助燃风中氧含量、风燃比，以达到控制NOx排放值不超过50mg/m3的目标；调试过程中要时时监测烟气成分、火焰形状和颜色，防止燃烧不稳定造成事故，监视烟气中氧含量浓度不低于2.0mg/m3；调试结束时氧含量浓度推荐区间为2.0～4.0mg/m3，这样既可保证冬夏季稳定燃烧，又能减少烟气热损失，从而保障锅炉热效率。
3低氮改造的影响
3.1锅炉热效率下降
由于炉膛燃烧温度降低、辐射换热减少、尾部烟气流量增加、对流换热量增加，锅炉整体效率存在降低的可能性。
3.2燃烧器二次风门调节杆的选型
进口燃烧器通常是采用锁紧螺栓将二次风门调节杆锁紧设计，是常规风量风压下的标准调节方式。由于中国市场氮排放要求高，采用烟气外循环技术改造的项目为更好地降低氮化物排放，在选择风机时风量风压都要大于欧洲标准。此外，针对锁紧螺栓紧固方式不可靠问题，了解到二次风门调节精度不需过小，通常卡扣式的手柄固定装置就能将把手与刻度盘卡扣在一起做好固定，以避免风量风压过大时导致二次风门调节杆打滑的可能性，详见图1。
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图1燃烧器二次风门手柄设计比对
3.3对燃烧的影响
调整燃烧后再次确认火焰的形状和颜色，确保火焰燃烧良好。防止燃烧中积碳不足的现象。底部的黑色可燃积累炉、四方锅炉水冷壁的影响热交换效率，降低锅炉的输出，严重的将导致水冷壁流缓慢，当地管过热，损坏管道的身体，可燃积累也将形成爆燃隐患。
结束语
低氮改造项目，蒸汽吨位200t/h，总投资近700万元。整个项目经过可行性调查、设计、施工、调试、竣工验收，最终实现NOx排放从80mg/m3降至50mg/m3，最小运行值可降至28mg/m3。说明这类锅炉通过升级改造有进一步减排的潜力，可根据现有的低氮燃烧器、烟气外循环系统、配合燃烧调节等手段。与国家标准中的NOx排放值相比，上海的排放值遥遥领先。“十三五”期间，我市低氮升级推广经验和项目实施具有较大的示范效果，带动了设备制造、服务等上下游企业的发展和就业。有利于“十三五”期间全国低氮燃气锅炉转型升级，促进绿色经济发展。
参考文献：
[1]赵海江.燃气工业锅炉低氮改造技术及应用[J].自动化应用，2018，11.
[2]上海市环境保护局，上海市质量技术监督局.DB31/387-2018锅炉大气污染排放标准[S].
[3]王宪辉，李钟.燃气锅炉低氮改造技术探讨[J].山西建筑，2017，2.
[4]陈亚娟，温金涛，李六军，王庆丰，杜红波.小型燃气锅炉低氮燃烧技术应用效果对比分析[J].区域供热，2019，2.
[5]何淑英、金颖.上海市中小锅炉低氮达标排放改造路径分析及相关建议[J].上海节能，2019，6.