关中地区燃气锅炉低氮改造技术及工程实践
摘要： 近年来,陕西关中地区大气污染形势严峻,其NOx是造成污染的主要因素之一，为了有效防治NOx,减少环境污染，政府要求企业进行燃气锅炉低氮改造工作。介绍了关中地区的燃气锅炉NOx治理相关政策，分析了燃气锅炉NOx的生成机理以及烟气内循环技术、烟气再循环技术、贫煤预混技术(又称表面燃烧)、水冷预混技术等，着重介绍了西安大唐英蓉园燃气锅炉低氮改造工程实例。经过低氮燃烧器改造，燃气锅炉NOx排放量低于30 mg/m3。
0 引言
随着经济快速发展,我国工业化、城镇化进程加快,大气污染成为难以避免的严重问题,关中地区的大气污染问题尤为严重。根据国家环保部2017 年6 月发布的2016《中国环境状况公报》,全国338 个城市,有75. 1% 的城市环境空气质量超标,其中西安排在后十位。陕西省委省政府高度重视,2017 年5 月省环保厅《关于燃气锅炉低氮排放改造控制标准的复函》,要求陕西地区改造标准暂时按照北京市《锅炉大气污染物排放标准》( DB 11/139 -2015)执行, 即新建燃气锅炉NOx 排放低于30 mg/ m3,在用燃气锅炉NOx 排放低于80 mg/ m3。西安市积极开展试点改造工作,截止2017 年底,要求西安市各城区试点改造项目完成40 台。
本文基于关中地区的环境政策背景,通过关中地区燃气锅炉首台低氮改造项目工程实例阐明了关中地区在用燃气锅炉进行低氮改造的有效途径 ,并阐述了改造后环保效果和社会效益,为今后项目的有序开展起到了积极地指导作用。
1 低氮燃烧技术
1. 1 烟气内循环技术(FIR)
烟气内循环(FIR)技术是由高速火焰形成局部负压,从而在锅炉炉膛内部产生烟气卷吸回流的技术手段。在火焰区增加中温吸热物的质量流量,达到降低NOx 产生量的目的。
1. 2 烟气再循环技术(FGR)
烟气再循环技术(FGR)是把燃烧产生的尾部烟气与助燃空气混合,通过燃烧器送入锅炉内,从而降低燃烧温度和氧气的浓度,达到抑制NOx 生成的一种低氮燃烧技术。
1. 3 贫燃预混技术(又称表面燃烧)
该技术是通过燃气与空气充分预混后,混合气体在特殊材质编织的金属网上方充分燃烧。燃烧火焰小,发热均匀, 无局部高温存在,且燃烧温度低,因而大大降低NOx 的产生。
1. 4 水冷预混技术
水冷预混技术主要应用在真空热水锅炉,利用真空锅炉内的热媒水冷却火焰,降低火焰温度,抑制NOx 生成。
2 工程实例
为推动陕西地区燃气锅炉低氮改造工作的开展,西安大唐芙蓉园燃气锅炉项目需要进行低氮改造,该项目位于西安市曲江新区大唐芙蓉园景区内,是西安市首家运行的燃气锅炉低氮改造项目。
2. 1 建设规模与内容
大唐芙蓉园燃气锅炉为3 台常年运行的进口德利士GT413 铸铁式热水锅炉,功率为0. 7 MW(折算后为1 t/ h),原有燃烧器为利雅路RS 系列燃烧器,采用扩散式燃烧方式。
针对大唐芙蓉园锅炉房现场情况,制定了锅炉改造计划,在不改变原有锅炉本体的情况下,更换新型低氮燃烧器并进行烟道改造。
将原有燃烧器及燃气阀组部分拆卸,重新对接喉口法兰,然后将新型低氮燃烧器及阀组安装对接,最后通过烟道开孔安装外部FGR(烟气外循环)管道。由于新型超低氮燃烧器采用了分级燃烧技术,该技术相对传统燃烧器的供风量有所增加,同时还采用了FGR 烟气再循环技术,烟气回流量约占总排气量的20%。两项技术叠加,原有的烟道截面积不能满足需求,导致烟道阻力增加,排烟不畅,因此将原有共用烟道改为独立烟道。
改造完成后,在不同负荷下实测NOx 的排放浓度均低于30 mg/ m3,满足标准要求。
2. 2 工艺技术
在不改变原有锅炉本体的情况下,采用新型超低氮燃烧器对原有传统燃烧器进行替换。新型低氮燃烧器燃烧喷口采用分层技术、分级布置,中部设有中心枪及稳焰器并采用扩散式燃烧方式。中心枪喷入的燃料与进入助燃空气混合燃烧,中心枪与T 型枪为错层布置形式,将气体送至炉膛不同区域,火焰得以充分展开,避免火焰过于集中,有效地降低火焰峰值温度,降低NOx 的生成;燃烧器喷射口为通过错层错位布置,形成不同的压力场区域,并产生气体回流,形成内循环,大大地降低NOx 排放,使燃料充
分燃烧,CO 可实现近零排放。
2. 3 改造效果
项目全部改造完成后,3 台燃气热水锅炉NOx排放浓度由原来的120 mg/ m3 降至20 mg/ m3 左右,年可减少NOx 排放量2 t 左右。
3结语
虽然全国空气质量均有稳步提升,但是陕西关中地区大气污染情况仍不容乐观,空气质量处在全国后十位。根据陕西省环保厅要求,2018 年全省重点防控区内60% 以上的燃气锅炉必须进行低氮改造,从源头上,有效控制NOx 排放,提升空气质量,保障人民群众的美好生活环境。
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