摘要： 近年來,陜西關(guān)中地區(qū)大氣污染形勢嚴峻,其NOx是造成污染的主要因素之一，為了有效防治NOx,減少環(huán)境污染，政府要求企業(yè)進行燃氣鍋爐低氮改造工作。介紹了關(guān)中地區(qū)的燃氣鍋爐NOx治理相關(guān)政策，分析了燃氣鍋爐NOx的生成機理以及煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)、貧煤預混技術(shù)(又稱表面燃燒)、水冷預混技術(shù)等，著重介紹了西安大唐英蓉園燃氣鍋爐低氮改造工程實例。經(jīng)過低氮燃燒器改造，燃氣鍋爐NOx排放量低于30 mg/m3。

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展,我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程加快,大氣污染成為難以避免的嚴重問題,關(guān)中地區(qū)的大氣污染問題尤為嚴重。根據(jù)國家環(huán)保部2017 年6 月發(fā)布的2016《中國環(huán)境狀況公報》,全國338 個城市,有75. 1% 的城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標,其中西安排在后十位。陜西省委省政府高度重視,2017 年5 月省環(huán)保廳《關(guān)于燃氣鍋爐低氮排放改造控制標準的復函》,要求陜西地區(qū)改造標準暫時按照北京市《鍋爐大氣污染物排放標準》( DB 11/139 -2015)執(zhí)行, 即新建燃氣鍋爐NOx 排放低于30 mg/ m3,在用燃氣鍋爐NOx 排放低于80 mg/ m3。西安市積極開展試點改造工作,截止2017 年底,要求西安市各城區(qū)試點改造項目完成40 臺。

本文基于關(guān)中地區(qū)的環(huán)境政策背景,通過關(guān)中地區(qū)燃氣鍋爐首臺低氮改造項目工程實例闡明了關(guān)中地區(qū)在用燃氣鍋爐進行低氮改造的有效途徑 ,并闡述了改造后環(huán)保效果和社會效益,為今后項目的有序開展起到了積極地指導作用。

1 低氮燃燒技術(shù)

1. 1 煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)(FIR)

煙氣內(nèi)循環(huán)(FIR)技術(shù)是由高速火焰形成局部負壓,從而在鍋爐爐膛內(nèi)部產(chǎn)生煙氣卷吸回流的技術(shù)手段。在火焰區(qū)增加中溫吸熱物的質(zhì)量流量,達到降低NOx 產(chǎn)生量的目的。

1. 2 煙氣再循環(huán)技術(shù)(FGR)

煙氣再循環(huán)技術(shù)(FGR)是把燃燒產(chǎn)生的尾部煙氣與助燃空氣混合,通過燃燒器送入鍋爐內(nèi),從而降低燃燒溫度和氧氣的濃度,達到抑制NOx 生成的一種低氮燃燒技術(shù)。

1. 3 貧燃預混技術(shù)(又稱表面燃燒)

該技術(shù)是通過燃氣與空氣充分預混后,混合氣體在特殊材質(zhì)編織的金屬網(wǎng)上方充分燃燒。燃燒火焰小,發(fā)熱均勻, 無局部高溫存在,且燃燒溫度低,因而大大降低NOx 的產(chǎn)生。

1. 4 水冷預混技術(shù)

水冷預混技術(shù)主要應(yīng)用在真空熱水鍋爐,利用真空鍋爐內(nèi)的熱媒水冷卻火焰,降低火焰溫度,抑制NOx 生成。

2 工程實例

為推動陜西地區(qū)燃氣鍋爐低氮改造工作的開展,西安大唐芙蓉園燃氣鍋爐項目需要進行低氮改造,該項目位于西安市曲江新區(qū)大唐芙蓉園景區(qū)內(nèi),是西安市首家運行的燃氣鍋爐低氮改造項目。

2. 1 建設(shè)規(guī)模與內(nèi)容

大唐芙蓉園燃氣鍋爐為3 臺常年運行的進口德利士GT413 鑄鐵式熱水鍋爐,功率為0. 7 MW(折算后為1 t/ h),原有燃燒器為利雅路RS 系列燃燒器,采用擴散式燃燒方式。

針對大唐芙蓉園鍋爐房現(xiàn)場情況,制定了鍋爐改造計劃,在不改變原有鍋爐本體的情況下,更換新型低氮燃燒器并進行煙道改造。

將原有燃燒器及燃氣閥組部分拆卸,重新對接喉口法蘭,然后將新型低氮燃燒器及閥組安裝對接,最后通過煙道開孔安裝外部FGR(煙氣外循環(huán))管道。由于新型超低氮燃燒器采用了分級燃燒技術(shù),該技術(shù)相對傳統(tǒng)燃燒器的供風量有所增加,同時還采用了FGR 煙氣再循環(huán)技術(shù),煙氣回流量約占總排氣量的20%。兩項技術(shù)疊加,原有的煙道截面積不能滿足需求,導致煙道阻力增加,排煙不暢,因此將原有共用煙道改為獨立煙道。

改造完成后,在不同負荷下實測NOx 的排放濃度均低于30 mg/ m3,滿足標準要求。

2. 2 工藝技術(shù)

在不改變原有鍋爐本體的情況下,采用新型超低氮燃燒器對原有傳統(tǒng)燃燒器進行替換。新型低氮燃燒器燃燒噴口采用分層技術(shù)、分級布置,中部設(shè)有中心槍及穩(wěn)焰器并采用擴散式燃燒方式。中心槍噴入的燃料與進入助燃空氣混合燃燒,中心槍與T 型槍為錯層布置形式,將氣體送至爐膛不同區(qū)域,火焰得以充分展開,避免火焰過于集中,有效地降低火焰峰值溫度,降低NOx 的生成;燃燒器噴射口為通過錯層錯位布置,形成不同的壓力場區(qū)域,并產(chǎn)生氣體回流,形成內(nèi)循環(huán),大大地降低NOx 排放,使燃料充

分燃燒,CO 可實現(xiàn)近零排放。

2. 3 改造效果

項目全部改造完成后,3 臺燃氣熱水鍋爐NOx排放濃度由原來的120 mg/ m3 降至20 mg/ m3 左右,年可減少NOx 排放量2 t 左右。

3結(jié)語

雖然全國空氣質(zhì)量均有穩(wěn)步提升,但是陜西關(guān)中地區(qū)大氣污染情況仍不容樂觀,空氣質(zhì)量處在全國后十位。根據(jù)陜西省環(huán)保廳要求,2018 年全省重點防控區(qū)內(nèi)60% 以上的燃氣鍋爐必須進行低氮改造,從源頭上,有效控制NOx 排放,提升空氣質(zhì)量,保障人民群眾的美好生活環(huán)境。

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