燃气锅炉超低氮排放改造原理及技术

随着国家政府对环境保护的重视以及近几年连续出台的大气污染防治攻坚战文件来看，各地环保局对当地企业强制要求并执行燃煤锅炉更换为低氮燃气锅炉，普通的燃气锅炉实施低氮改造。普通的燃气锅炉尾气排放的有害颗粒物，例如氮氧化物、一氧化碳等，成为大气污染的罪魁祸首，因此锅炉的低氮改造将会是一些生产企业及供暖单位迫切面临的任务。那么，大家只知道锅炉需要改造，但是，燃气锅炉超低氮排放改造的原理是什么，需要什么技术能实现超低氮排放呢？下面，由中鼎锅炉专业技术人员给大家简单介绍一下。

1、氮氧化物危害

氮氧化物即一氧化氮、二氧化氮等气体，为高温条件下，空气中的氮气和氧气化合反应生成。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，硝酸是酸雨的成因之一;它与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。酸雨危害是多方面的，包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。酸雨可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加。酸雨还可使农作物大幅度减产，特别是小麦，在酸雨影响下，可减产13%至34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。酸雨对森林和其他植物危害也较大，常使森林和其他植物叶子枯黄、病虫害加重，最终造成大面积死亡。

2、氮氧化物排放标准

我们知道用燃气锅炉替代燃煤锅炉能够大大降低污染，普通的燃气锅炉氮氧化物排放高于30毫克，这意味着大部分普通的燃气锅炉都达不到30mg以下，除非配有低氮燃烧机，但是使用低氮燃烧机的锅炉本身也是需要有特殊的要求的，那就是对锅炉炉膛尺寸需要加大，中鼎锅炉最新生产的低氮燃气锅炉专门针对环保政策要求的NOX排放30mg以下，且配置超低氮燃烧器，能安全、稳定、高效地运行，每一台出厂的低氮锅炉均能达到低氮排放达标。

3、甲烷-空气燃烧过程氮化学基本原理

燃烧理论将NOx的生成分为热力型NOx（Thermal NOx）、快速型NOx （Prompt NOx）和燃料型NOx（Fuel NOx）。天然气中含氮量较低，因此，燃料型NOx不是其主要的控制类型。

（1）热力型NOx是指燃烧用空气中答案N2在高温下氧化生成NOx。关于热力型NOx的生成机理一般采用捷里道维奇机理：当温度低于1450摄氏度时，热力NOx的生成量很少；高于1450摄氏度时，温度每升高100摄氏度，反应速度将增大6~7倍。在实际燃烧过程中，由于燃烧室内的温度分布是不均匀的，如果有局部高温区，则在这些区域会生成较多的NOx，它可能会对整个燃烧室内的NOx生成起关键性的作用。

（2）快速型NOx在碳氢燃料燃烧且富燃料的情况下，反应区会快速生成NOx。在实际的燃烧过程中各种因素是单独变化的，许多参数均处于不断的变化中，即使是最简单的气体燃料的燃烧，也要经历燃料和空气相混合，燃烧产生烟气，直到最后离开炉膛。炉膛的温度、燃料和空气的混合程度、烟气在炉内停留时间等这些对NOx排放有较大影响的参数均处于不断的变化之中。

（3）燃料和空气混合物进入炉膛后，由于受到周围高温烟气的对流和辐射加热，混合物气流温度很快上升。当达到着火温度时，燃料开始燃烧，这时温度急剧上升到近于绝热温度水平。同时，由于烟气与周围介质间的对流和辐射换热，

温度逐渐降低，直到与周围介质温度相同，也即烟气边冷却边流过整个炉膛。由此可见，炉内的火焰温度分布实际上是不均匀的。通常，离燃烧器出口一定距离处的温度最高，在其前后的温度都较低，即存在局部高温区。由于该区的温度要比炉内平均温度水平高得多，因此它对NOx生成量有很大的影响：温度越高，NOx生成量越多。因此，在炉膛中，为了抑制NOx的生成，除了降低炉内平均温度外，还必须设法使炉内温度分布均匀，避免局部高温。

NOx排放的控制可通过抑制热力型和燃料型NOx来实现。当燃料为天然气时，由于天然气N含量较低，热力型NOx是唯一可以在实际中被控制的组分。燃烧修正技术通过降低火焰答案高温来实现，对降低热力型NOx是最为有效的。热力型NOx还可以通过最小化过剩氧量、延迟燃料和空气的混合、将锅炉燃烧容量降至某一程度。第一种技术通常是指氧削减（OT）或低于过量空气（LEA）,可以通过优化燃烧器的操作达到最小的过剩空气量使得不增加过量的热力型NOx排放。较低的氧浓度对于NOx的影响可能在一定程度上增加热力型NOx，这是由于较小的烟气体积造成的较高温度剑锋。OT和LEA一般对于组装型水管和火管锅炉是不适用的，由于火焰长度和CO浓度较高可能导致背墙火焰爆震。第二种技术通过分级供应输入燃烧区的燃烧空气量来降低火焰温度和氧含量。分级燃烧空气可以通过多种方法实现。对于多燃烧器锅炉，最为实用的方法是让某些燃烧器停用（BOOS）或者将燃料流量偏重于选定的燃烧以达到类似于空气分级答案效果。第三种技术通过降低锅炉的热功率以降低炉膛内的尖峰温度，该方法由于涉及降低蒸汽产量而不常使用，仅在某些场合使用。第三种技术为燃料分级，区别于燃烧空气分级。将总燃料量答案一部分喷入主燃烧区下游，再燃燃料产生的碳氢基团将还原一次燃料产生的NOx。这项再燃技术当使用天然气为再燃燃料时有较好的效果。

4、燃烧器烟气再循环原理技术

另一种燃烧修正技术为烟气再循环原理：将部分低温烟气直接送入炉内，或与空气（一次风或二次风）混合送入炉内，因烟气吸热和稀释了氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低，因而热力NOX减少。对于燃气锅炉，NOX降低最显著。通常，生成途径有热力型（T-NO）、快速型（P-NO）和燃料型（F-NO）3种类

型。烟气再循环系统和燃气燃烧器连接，循环烟气中的惰性气体进入燃烧器，一方面使火焰传播速度降低，另一方面吸收热量使炉内温度水平有所降低，则绝对火焰温度降低，达不到生成温度，因此抑制了T-NO的生成。循环烟气中的其他成分大量为N2、CO2、H2O，由于混入了循环烟气，空气与烟气混合物中氧浓度降低，从而影响了的生成量。在空气中混入循环烟气，即增加了反应中N2的含量。由于氧原子和氮分子反应所需的活化能比原子氧和燃料中可燃成分反应所需活化能大，则大量的氮气没有与氧反应直接生成NO，而与燃料中烃类成分反应。大量的N2则增大了上式的正反应，生成大量的中间产物HCN。而烟气中的氧原子进而与这些中间产物首先发生反应，HCN在贫氧环境下与O2总反应如下：HCN+5/4 O2→1/2 N2+ CO2+1/2H2O ；由式(2-5)可见，在贫氧浓燃烧条件下，HCN最终生成N2。因此采用烟气再循环后以方面中间产物HCN增多，而另一方面O2浓度比不使用烟气再循环前减少，促使反应完全进行，N2生成量大幅度增多，从而减少了P-NO生成。

中鼎锅炉低氮改造施工现场

中鼎锅炉是高新技术企业，拥有A级锅炉制造许可证和I、II类压力容器设计制造许可证、一级锅炉安装许可证，公司通过美国ASME认证，取得锅炉S 和压力容器U钢印，公司还通过ISO9001国际质量体系认证、环境管理体系认证及职业健康管理体系认证。