關中地區燃氣鍋爐低氮改造技術及工程實踐

更新時間：2020-01-10 11:01 來源：電力科技與環保作者: 鄭丹李明波等閱讀：2256

摘要： 近年來,陜西關中地區大氣污染形勢嚴峻,其NOx是造成污染的主要因素之一，為了有效防治NOx,減少環境污染，政府要求企業進行燃氣鍋爐低氮改造工作。介紹了關中地區的燃氣鍋爐NOx治理相關政策，分析了燃氣鍋爐NOx的生成機理以及煙氣內循環技術、煙氣再循環技術、貧煤預混技術(又稱表面燃燒)、水冷預混技術等，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

隨著經濟快速發展,我國工業化、城鎮化進程加快,大氣污染成為難以避免的嚴重問題,關中地區的大氣污染問題尤為嚴重。根據國家環保部2017 年6 月發布的2016《中國環境狀況公報》,全國338 個城市,有75. 1% 的城市環境空氣質量超標,其中西安排在后十位。陜西省委省政府高度重視,2017 年5 月省環保廳《關于燃氣鍋爐低氮排放改造控制標準的復函》,要求陜西地區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,要求西安市各城區試點改造項目完成40 臺。

本文基于關中地區的環境政策背景,通過關中地區燃氣鍋爐首臺低氮改造項目工程實例闡明了關中地區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

1. 1 煙氣內循環技術(FIR)

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

1. 2 煙氣再循環技術(FGR)

煙氣再循環技術(FGR)是把燃燒產生的尾部煙氣與助燃空氣混合,通過燃燒器送入鍋爐內,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。

1. 3 貧燃預混技術(又稱表面燃燒)

該技術是通過燃氣與空氣充分預混后,混合氣體在特殊材質編織的金屬網上方充分燃燒。燃燒火焰小,發熱均勻, 無局部高溫存在,且燃燒溫度低,因而大大降低NOx 的產生。

1. 4 水冷預混技術

水冷預混技術主要應用在真空熱水鍋爐,利用真空鍋爐內的熱媒水冷卻火焰,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大唐芙蓉園景區內,是西安市首家運行的燃氣鍋爐低氮改造項目。

2. 1 建設規模與內容

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)管道。由于新型超低氮燃燒器采用了分級燃燒技術,該技術相對傳統燃燒器的供風量有所增加,同時還采用了FGR 煙氣再循環技術,煙氣回流量約占總排氣量的20%。兩項技術疊加,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

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燃燒器進行替換。新型低氮燃燒器燃燒噴口采用分層技術、分級布置,中部設有中心槍及穩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域,并產生氣體回流,形成內循環,大大地降低NOx 排放,使燃料充

分燃燒,CO 可實現近零排放。

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。