燃气锅炉低氮排放技术改造

Alexandria2020

燃气锅炉低氮排放技术改造

1   概述

Nox是造成大气污染的主要污染源之一。随着近年来越来越多使用燃气热水锅炉，NOx排放量越来越多，使我国面临严重的NOx污染。这些NOx危害主要有以下几方面：NOx经光化学生成气溶胶颗粒（伦敦雾），对人有致毒作用，危害身体健康；NOx是造成温室效应的气体之一；NOx排入大气后，遇水生成HNO2和HNO3，形成酸雨；NOx使O3分解，臭氧层遭到较大破坏；与碳氢化合物形成光化学烟雾［1］。因此国家对NOx的排放量控制越来越严格。

供暖期燃气锅炉NOx排放量占全部NOx排放量的20%左右，因此控制好燃气锅炉NOx的排放量很重要。目前国家对燃气锅炉的排放有了更高的要求，将NOx排放标准提高。一些城市制定了更严格的标准，天津市NOx排放上限由80 mg/m3降低到30 mg/m3，所有不满足排放要求的燃气锅炉将进行改造。

在天津市某燃气热水锅炉改造项目中，锅炉于2012年设计，2013年投入运行，当时执行的天津市NOx排放标准是质量浓度小于等于80 mg/m3，原来的设计已经不再满足要求，需要进行改造。

2   工艺改造方案

该项目原设计规模为1台14 MW和1台28 MW的燃气热水锅炉。14 MW锅炉品牌为德国菲斯曼，采用1台型号为GS190的德国扎克燃烧器，锅炉额定压力为1.0 MPa。配套1台鼓风机，鼓风机风量为2×104 m3/h，风压为8 287 Pa，功率为55 kW。28 MW锅炉品牌也为德国菲斯曼，采用2台型号为GS190的德国扎克燃烧器，锅炉额定压力为1.2 MPa。配套2台鼓风机，鼓风机风量为2×104 m3/h，风压为8 287 Pa，功率为55 kW。

本次改造为了保证环保效果，满足NOx质量浓度小于等于30 mg/m3的排放标准要求，从更换锅炉燃烧器、增加FGR系统（烟气再循环系统）及更换相关控制系统方面进行改造。

2.1  更换燃烧器

锅炉炉膛结构不变，拆掉锅炉原有燃烧器，换成新型低氮燃烧器。新型低氮燃烧器采用分级燃烧，能降低NOx排放。

根据需要调整燃烧器与锅炉对接安装盘，更换燃气管道阀组等。拆掉原有燃烧器控制柜及相关连接线缆，安装新的燃烧器控制柜并重新布置线缆。保留原有锅炉控制系统及安全连锁。新型低氮燃烧器燃烧控制采用全电子比例调节，实现更精准的风气比及更高效的燃烧，降低NOx排放同时也节省燃料成本。

2.2  增加FGR系统

为了进一步降低烟气中的NOx排放，在更换燃烧器的基础上，增加FGR系统（烟气再循环系统）。

烟气再循环系统原理：将15%～20%的锅炉排烟与室外空气混合后送入炉内。因烟气吸热和稀释了氧气，使燃烧速度和炉内温度降低，因而产生的热力型NOx减少，最多可减少30%～70%。在锅炉排烟出口适当位置布置FGR管道，管道直径350 mm，做保温处理。在鼓风机吸入口安装混合箱，使烟气与室外新鲜空气充分混合，混合后送入锅炉。由于冬天环境温度较低，再循环烟气和室外冷空气混合后温度会低于露点，为了避免风道中冷凝水产生，采用空气预热措施，即将室外的冷空气通过空气预热器预热至15～20 ℃后再进入混合箱。空气预热器安装在鼓风机进风口，室外冷空气被加热后与再循环烟气混合，降低两者温差，从而避免冷凝水的产生。

由于加入再循环烟气，原站房内的已有鼓风机的风量和风压不能满足要求，需要将原55 kW鼓风机更换为75 kW鼓风机。更换风机变频柜，风机采用变频控制，节省电能。风机变频柜及燃烧器控制柜与原锅炉控制柜（DCS）之间进行信号对接。

28 MW燃气锅炉更换2台鼓风机，14 MW燃气锅炉更换1台鼓风机。更换后的鼓风机参数：风量2.2×104 m3/h，风压8.5 kPa，功率75 kW。

在FGR管道后端加装烟道自动挡板阀，以便自动根据负荷调整再循环烟气量。

经过上述改造后，锅炉在大部分负荷工况下运行时，烟气中NOx质量浓度（折算为氧体积分数为3.5%时）≤30 mg/m3，烟气中 CO体积分数为（0～45）×10-6，满足天津市环保要求。

2.3  改造设备清单

14 MW燃气热水锅炉改造后的设备清单见表1，更换后的低氮燃烧器参数见表2。28 MW燃气热水锅炉改造后的设备数量是14 MW燃气热水锅炉改造后设备数量的2倍，更换后的低氮燃烧器参数与14 MW燃气热水锅炉相同。28 MW燃气热水锅炉改造后的系统见图1。

表1   14 MW燃气热水锅炉改造后的设备清单

表2   14 MW燃气热水锅炉更换后的低氮燃烧器参数

图1   28 MW燃气热水锅炉改造后的系统

3   结语

虽然FGR技术能满足低氮排放的要求，但是也存在弊端：采用FGR技术要加装烟道，更换鼓风机或者增加再循环风机，增大了投资和运行费用；由于过剩空气系数增大，锅炉热效率下降1%左右；要找到再循环烟气量和空气量的最佳配比，对调试人员水平要求较高。因此企业需要根据自己的实际情况来选择改造技术。


内容来源：煤气与热力杂志