乌鲁木齐热力工程设计研究院有限责任公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：本文主要讨论对现状大型燃气锅炉进行降氮改造的方案，主要介绍主要的降氮措施，以及FGR烟气再循环技术在燃气锅炉降氮改造中的应用。
关键词：燃气锅炉房；降氮改造；烟气再循环；
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，各地环保局对当地供热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。近几年在工业、民生所用的燃气锅炉污染物排放居高不下，且这些燃气锅炉具有容量小、数量多等特点，如何降低其 NOx 排放已经引起关注。许多地区环保政策都要求现状燃气锅炉氮氧化物排放浓度小于30 mg/Nm³。因此，对现状燃气锅炉进行降氮改造已迫在眉睫。
1.氮氧化物（NOx）生成机理
天然气在燃烧过程中生成的NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物统称为NOx，天然气燃烧过程生成的NOx主要是NO，约为90%左右，其余为NO2及少量的N2O。燃烧生成的NO排入大气后极易氧化成NO2，进而形成酸雨、酸雾等严重威胁了人类的健康。由于燃烧过程生成的NOx主要是NO，因此，研究燃烧过程中NOx的生成过程主要是研究NO的生成途径和机理。
燃烧过程中NO的生成途径主要有热力型（T-NO）、快速型(P-NO)和燃料型(F-NO)。
2.抑制NOx生成的思路
基于热力型NOx和快速型NOx生成的主要因素，提出抑制NOx生成的技术分为一级脱氮技术和二级脱氮技术。一级脱氮技术主要是采用低NOx 燃烧器以及通过燃烧优化调整，有效控制NOx的产生，从源头上减少NOx生成量；二级脱氮技术则是利用各种措施,尽可能减少已生成NOx的排放，属于烟气脱硝范畴，目前主要有两种成熟技术选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。总所周知二级脱氮技术虽然效果明显，但其成本之高，其中包括建设成本、运行成本以及后期投入成本，都让企业较难接受。燃气锅炉一级脱氮方法主要有烟气在循环（FGR)法和多级燃烧法（空气多级燃烧法、燃料多级燃烧法）。本文主要讨论的是现状燃气锅炉的降氮改造，主要以改造工程量少投资低，降氮效果显著的烟气在循环（FGR)技术。
3、烟气在循环技术在燃气锅炉降氮改造中的应用
烟气再循环技术以下称FGR。在燃气锅炉上，FGR如同一个灭火器，由于它吸收了热量从而降低火焰温度。这样，它就能有效地降低所需要的过量空气和烟气热损失，并提供一种分段燃烧法。一种典型的系统是10%的烟气再循环率大约可降低40%的NOx，烟气再循环率为20%时，NOx可降低65%以上。
3.1 烟气再循环原理
FGR的工作原理是将锅炉尾部排出的一部分烟气通过风机送入炉膛，从而起到改变锅炉的燃烧工况和传热特性的作用。送入炉膛的烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比称为烟气再循环率。烟气再循环所起的作用与再循环烟气量、烟气从尾部烟道抽出位置及再循环烟气送入炉膛的位置有关。
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图1 FGR烟气循环降氮改造流程图
3.2烟气再循环要考虑的问题
再循环率的变化取决于锅炉的NOx产量及其大小，在天然气锅炉上，FRG通常限制到20%。这个极限值是在排除了关于FRG的两个共同问题后的规定，一是温度太低会熄灭火焰，二是速度太高会迫使火焰远离燃烧器，造成脱火问题。烟气的适当引入和再循环对于降低NOx的排放量达到所要求的水平是必要的。如果烟气从现有的送风机吸入侧导入，那么再循环的烟气量将受到单个风机容量的限制。其他要考虑的因素是水蒸气的冷凝、炭黑的集聚、腐蚀和供给空气的多变，他们均能降低锅炉的效率。尤其是冷凝水问题，冷凝水中含有酸，长此以往会腐蚀烟风道和风机，更致命的是冷凝水进入鼓风机后会破坏风机叶轮的动平衡，严重时会发生飞车等重大安全事故，故解决FGR系统的冷凝水问题是十分必要的。
3.3低氮燃烧烟气再循环方案
在锅炉尾部出口与第一级节能器烟气入口之间加装再循环烟管，在鼓风机吸风口前加装NTFB设计的混风箱，通过烟气再循环挡板将回收烟气送入混风箱，使循环烟气和助燃空气在混风箱内充分均匀混合，此时混风箱中将会有冷凝水析出，通过混风箱合理的结构设计将析出的冷凝水排出，杜绝冷凝水被带入鼓风机。
通过调节鼓风机吸风口挡板和烟气再循环挡板，控制鼓风机吸入的烟气量，以调 节循环烟气量和空气量的配比，确保在进入炉膛后稳定燃烧，达到降低氮氧化物的目的。同时在烟循系统最低点及鼓风机和烟气混合箱底部各增加一套疏水装置，将冷凝水排出。
烟气再循环法降低NOx排放的效果与燃料品种和烟气再循环率有关。经验表明，烟气再循环率为10-15%时，燃气炉的NOx排放浓度可降低30%以上。NOx的降低率随着烟气再循环率的增加而增加，而且与燃料种类和燃烧温度有关，燃烧温度越高，烟气再循环率对NOx降低率的影响越大。再循环率为15%以下时，不会影响锅炉热效率，如果不通过加大再循环率，就需在低氮燃烧器上加入再循环技术，如此才能既满足热效率，又可有效控制NOx排放。
再循环烟气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比，称为烟气再循环率。燃气锅炉烟气再循环率一般控制在10-13%。烟气再循环法可在一台锅炉上单独使用，也可和其它低NOx燃烧技术配合使用，使得NOx排放更低。经2015年实测，在烟气再循环率在13%内，低氮燃烧器NOx排放即可达到16mg/m³以内。
3.4低氮燃烧烟气再循环的控制
烟气再循环的控制方法：烟气再循环回收的烟气量是通过风机进口控制挡板来调节，PLC通过4-20 mA信号控制挡板，通过回收烟气量与燃负荷整定出最佳燃烧曲线，实现自动控制，根据锅炉不同工况下的运行状况自动调整烟气的回收量，来满足锅炉不同运行负荷，将NOx浓度控制在合理的范围内。烟气再循环系统虽然降低了锅炉炉膛内燃烧温度，降低了锅炉炉膛对辐射热的吸收能力，但是烟气再循环增加了进入对流管束、省煤器以及冷凝器的高温烟气的量，使对流换热能力大大增加，同时通过对烟气再循环量的精准控制，使得烟气再循环对锅炉热效率影响为零。
结语：
综上所述，为了降低现状燃气锅炉NOx的排放浓度，满足国家及当地环保要求，对现状燃气锅炉进行降氮改造是势在必行的。烟气再循环（FGR)技术作为一种改造工程量小、投资低且改造效果显著的降氮技术得到了较为广泛的应用和推广。
参考文献：
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