梁龙

摘 要：伴随着一系列生态环保政策的实施，为实现生态文明建设，在工业蓬勃发展过程中，要采取更加严格的工业锅炉大气污染物的排放标准。本文分析燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用的必要性、燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用技术设计要求，并对其具体应用进行探究。

关键词：燃气锅炉;超低氮燃烧器;技术应用

在化工、冶金、轻工等行业发展过程中，燃气锅炉的污染排放问题成为抑制企业发展的重要因素，生产过程中容易产生严重的大气污染、环境污染，排放出的氮氧化物对人类健康产生重大危害。这是因为燃气锅炉在燃烧过程中天然气理论燃烧温度过高，导致该生产过程中所产生的污染物为热力型氮氧化物（NOx），为抑制燃烧温度来抑制热力型 NOx 的生成，通常会应用烟气再循环技术。伴随着生态文明建设工作的进一步开展，化工、冶金、轻工等行业发展如何实现及经济效益、生态效益共赢就成为企业的重要研究内容，通过合理应用燃气锅炉超低氮燃烧器技术，使生产过程中产生的锅炉烟气中的氮氧化物排放浓度达到国家标准，从而达到相关标准要求。

1 燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用的必要性分析

根据当前市场中引用比较广泛的燃烧器来看，要想使NOx排放值降到 30mg/Nm?以下需要使用烟气外循环技术。但是在燃气锅炉作业过程中使用烟气外循环技术，往往会伴随着锅炉效率下降、燃气耗量上升、锅炉振动、火焰不稳等问题。部分进口燃烧器虽然可以在不使用烟气外循的条件下将NOx排放降到30 mg/ Nm?以下，但是其负荷调节无法满足用户的实际使用需求。因此，燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用在燃气锅炉作业过程中的无烟气外循环的情况下使NOx排放物降低到30mg/Nm?以下。超低氮燃烧器技术应用中通过脉冲燃烧可以更加充分的燃烧，并使烟气温度更加均匀，增加煙气侧换热系数，使燃料消耗量及排烟温度增加，最终提升锅炉效率。应用超低氮燃烧器不仅可以实现对脉冲频率调节，还能对脉宽调制进行调节，进而调节燃料量，该过程中所产生的成本远远低于应用较为广泛的压力流量调节阀，可以使燃料管路设备成本有效降低，可以说应用超低氮燃烧器不仅可以使NOx、CO得到控制，锅炉烟气中的氮氧化物排放浓度达到国家标准，还可以降低成本，因此具有较好的应用效用与前景。

2 燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用技术设计要求

2.1 超低氮燃烧技术

国外关于超低氮燃烧技术的研究起步较早，且取得了一些研究成果。由于国外在这方面的研究起步较早，早在上世纪九十年代就已经研制出了低氮燃烧器，且可以实现燃气锅炉生产中高温烟气中氮氧化物的排放量降低的目标。我国关于超低氮燃烧器研究起步相对较晚，但是发展迅速，并在近年来的超低氮燃烧技术研究应用领域的方面占据世界领先地位，并在我国的石油化工领域方面应用超低氮燃烧技术取得了显著的技术成果。中国的超低氮燃烧技术分别经历了分级配风燃烧器技术、分级配燃料燃烧器技术及烟气内循环燃烧器技术三个不同的阶段，并能够可以实现将烟气中氮氧化物浓度由原本的140mg/m3降至50mg/m3。根据最新研究成果来看，强化烟气内循环低氮氧化物燃烧器技术可以实现高温烟气中氮氧化物浓度降低到35mg/m3以下，实现了超低氮燃烧技术的变革、创新，这也是未来超低氮燃烧技术的重要发展方向，也可以实现烟气中氮氧化物排放浓度逐渐降低的目标。

2.2 超低氮燃烧技术设计要求

在设计超低氮燃烧器的时候，要求所使用的超低氮燃烧技术设计必须要符合现行的GB31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》、GB31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》，并符合不同地区所出台的关于锅炉大气污染物综合排放标准。以山东省为例来看，根据其所颁布实施的《锅炉大气污染物排放标

准》，自规定实施开始（2020年1月1日），要求化工、冶金、轻工等行业生产中所应用的燃油、燃气和其他燃料锅炉必须要符合所在控制区执行新的排放浓度标准：如果企业燃气锅炉位于大气污染的核心控制区，则要求燃气锅炉所产生的氮氧化物的排放限值必须低于50mg/m3 ;如果企业燃气锅炉位于大气污染的重点控制区域，则要求燃气锅炉所产生的氮氧化物的排放限值必须低于100mg/m3;如果企业燃气锅炉位于大气污染的一般控制区，则需要以为2016年9月30日后通过环评审批的燃煤锅炉的氮氧化物的排放限值相关标准，将氮氧化物的排放限值控制在100mg/m3以内。因此，在设计超低氮燃烧器的时候就需要针对温度型氮氧化物，将氮氧化物排放限值应在干烟气下3%氧含量下进行确定。

3 燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用

为有效减少燃气锅炉氮氧化物的排放，根据燃气锅炉实际应用情况，应用超低氮燃烧器技术进行适当改造。根据燃气锅炉作业时燃烧所产生的氮氧化物热力型NOx、热力型NOx成因来看，一般是空气中的氮在高温条件下氧化而成，所生成的氮氧化物量由温度和烟气在高温区停留的时间决定。以往的燃气燃烧器为避免生产制造中形成高温区，通常会采用燃料分级配送及助燃风分级配送的形式，往往会忽略时间概念。基于此，在未来的燃气锅炉应用超低氮燃烧器技术中，就需要实现提高烟气流速减少烟气在高温区停留时间的技术突破。与此同时大量资料表明，脉冲燃烧也能大幅减少烟气在高温区的停留时间，有效降低NOx生成。

以山东省某公司的燃气锅炉为例应用超低氮燃烧器技术进行低氮改造，混合应用预混燃烧技术与火焰分割技术。应用预混燃烧技术，可以使超低氮燃烧器中的燃料和氧气预先混合成均匀的混合气，通常也会将该可燃混合气称为预混合气，在燃烧器内预混合气实施着火、燃烧的整个过程。应用火焰分割技术可以实现将燃烧器内的燃烧火焰分割为多个小火焰，从而有效地降低燃烧器内火焰的分支温度，有效抑制热力型氮氧化物的产生。通过应用低氮燃烧器喷枪，能够从多个角度将燃料喷入其中，并使得火焰形态中形成多火焰分布状态，从而使得火焰根部温度降低，并逐渐使燃气锅炉内的火焰温度逐渐变得均匀。

对该燃气锅炉改造前后的氮氧化物排放浓度进行比较分析，实现低氮改造前的氮氧化物排放浓度为172mg/m3，实施低氮改造后氮氧化物排放浓度降低至22mg/m3，该排放浓度远远低于山东省的大气污染的核心控制区要求的所有锅炉的氮氧化物的排放限值50mg/m3。不难看出经过低氮改造的锅炉烟气中的氮氧化物排放浓度符合国家及地方标准要求，达到了燃气锅炉生产中降低氮氧化物排放浓度的目标。

结束语：

总而言之，通过在燃气锅炉中合理应用超低氮燃烧器技术，使生产过程中产生的锅炉烟气中的氮氧化物排放浓度达到国家标准，不仅减少氮氧产物对大气、环境的污染，不会对人类健康产生威胁。在未来的研究中，要实现在不使用烟气外循环的基本条件下，燃气锅炉应用低氮燃烧技术后气体燃料燃烧所产生的NOx排放小于30mg/m3（3%参氧比）、CO排放量小于25mg/m3（3%参氧比）;脉宽调制脉冲阀的负荷调节比≥4：1。

参考文献：

[1]陈亚娟， 温金涛， 李六军，等. 小型燃气锅炉低氮燃烧技术应用效果对比分析[J]. 区域供热， 2019， 000（002）：54-56，87.

[2]周宏斌，刘小见，周磊，等.燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用研究[J].石化技术，2020，27（01）：347+355.

[3]毛永清，关天罡，刘红欣，等.燃气锅炉超低氮燃烧器技术应用研究[J].电站系统工程，2017，033（006）：32-34.

[4]高晗，朱彤，朱荣俊，等.烟气再循环对350kW燃气锅炉超低氮燃烧工况稳定性的影响[J].工业锅炉，2020，179（01）：37-42+51.

（徐州燃烧控制研究院有限公司，江苏 徐州 221000）