中山市东凤镇驰悦工艺制品厂 广东中山 528425
摘要：火电机组灵活性改造是当前电力供给侧改革的有效途径，是响应电网深度调峰政策的必要选择。在深度调峰期间机组长期处于低负荷运行状态，过量空气系数相对偏大，且为了保证一次风的携粉能力，一次风量占总风量的比例不能随负荷的降低而降低，这使得一次风中氧煤质量比过大，燃烧初期氧体积分数较高，导致煤粉燃烧产生的ＮＯｘ排放质量浓度增大，难以达到目前的排放标准。
关键词：烟气再循环；家用燃气热水器；低氮燃烧
引言
高炉煤气是钢铁行业在高炉炼铁过程中的一种副产品，具有热值低，不易着火，燃烧不稳定等特点。作为二次能源，将高炉煤气作为电站的一种动力燃料，可以有效利用高炉煤气能源和较少燃烧污染物无控排放，同时也可以减少电站对动力用煤的需求。国内钢厂目前运行的高炉煤气锅炉普遍为中高压力、蒸汽温度540℃参数[1]，本项目为针对某钢厂创新设计研发的高炉煤气亚临界超高温参数锅炉，为目前国内最先进参数燃用高炉煤气节能环保锅炉产品，并已成功投入商业运行。本文简述燃用高炉煤气亚临界超高温锅炉整体设计方案，重点针对锅炉投运初期烟气再循环系统存在的问题，介绍对锅炉烟气再循环汽温调节系统设置及控制策略的优化措施，对该类锅炉产品性能完善提升具有指导意义。
1烟气再循环冷凝水产生的机理
烟气再循环技术是将燃烧后产生的一部分烟气与空气混合后重新送入锅炉炉膛参与燃烧，这部分烟气不仅能够吸收一部分燃烧产生的热量使燃烧温度降低，同时还能够降低助燃风中的氧量，使天然气处于缺氧燃烧状态，因其能够有效降低锅炉炉膛内的燃烧温度和减少高温区域的分布，进而减少NOx的生成。对于北方城市的燃气锅炉，冬季鼓风机吸入空气的温度较低，低氮改造增加烟气再循环系统后，烟气与空气混合后的助燃风温度也比较低，如果此温度低于冷凝临界点温度，导致冷凝水的凝结析出，混合后助燃风温度越低，析出的水量越大。
2锅炉热效率
锅炉的燃烧效率受燃料热量与过量空气系数显著影响。关于注汽锅炉排气温度过高引起的燃烧效率低下的问题，张广卿等人利用烟气余热技术在锅炉中安装了空气加热器。实验结果显示，注汽锅炉排烟温度自248℃降低到168℃，可将进口空气温度自28℃上升到72℃，使得总热效率较之前上涨。衣怀峰等人经过研究，注汽锅炉的进料器配备了SCR-IIK空气预热器和SCR热交换器，炉膛入口处的风量由风扇调节，从而使废热烟气可以更有效地利用，达到提高热利用率和降低排烟温度的目的。肖震的研究团队借助烟气内部再循环技术，给炉膛加上圆筒结构，使得炉膛内部形成回流，回流的烟气与氧化剂混合，更多热量得以吸收，燃烧温度进而降低，NOx排放得以减少。周勇等人分析了天然气燃烧特性，得出
3锅炉容量及主要参数
锅炉设计采用亚临界超高温蒸汽参数，蒸汽参数为目前国内高炉煤气锅炉最先进水平，烟气再循环技术（FlueGasRecirculation，FGR）是一种调节锅炉蒸汽温度的有效手段，并已经广泛在燃油燃气锅炉、二次再热燃煤锅炉中成功应用，同时该技术对控制降低燃烧NOx污染物排放具有一定作用，以往国内高炉煤气锅炉采用烟气再循环调节技术鲜有报道。本项目锅炉过热器和再热器设计额定汽温分别为571℃和569℃，为目前国内高炉煤气锅炉蒸汽温度最高参数，设计要求锅炉在70%以上负荷汽温要达到额定值，为了充分满足锅炉汽温运行要求，锅炉采用烟气再循环汽温调控技术。该技术的基本原理是将锅炉尾部烟道中一部分约350℃的中温烟气，通过再循环风机抽取送回炉膛，从而改善炉膛烟气运行参数。通过锅炉运行工况下烟气量的变化，增加受热面的对流传热从而进行汽温调节。再循环烟气量增加，汽温升高；再循环烟气量减小，汽温降低；锅炉负荷增加时再循环烟气量比例减小；锅炉负荷降低时再循环烟气量比例增加。各负荷段锅炉汽温达到额定时再循环风机的转速需通过燃烧调整试验确定。
通过改变再循环风机转速来改变再循环烟气量，增加再循环风机转速再循环烟气流量增大，减小再循环风机转速再循环烟气流量减小。
4计算工况与方法
抽取省煤器进口烟气，通过外部循环风机将其送至磨煤机进口并与一次风混合，用于输送煤粉。在各工况下加入的再循环烟气进入一次风，等量减少原一次风量，减少的部分加至二次风，从而保证总风质量流量不变，此时随着烟气循环率的提高，过量空气系数不变。
5再循环烟气取点温度
从燃气锅炉低氮改造的目的出发，再循环烟气的温度越低，锅炉炉膛内的最高温度也会相应降低，而燃烧温度是影响NOx生成的主要因素，因此NOx的减排效果越好。由于燃气锅炉烟气中水蒸气容积成分一般为15%～19%，当过量空气系数为1．2时，烟气氧含量为3．5%，此时烟气中水蒸气容积成分约为16%，经计算烟气中水蒸气的理论冷凝临界点温度为52．5℃，如果再循环烟气取点温度低于此温度，将析出冷凝水，影响锅炉等设备的稳定运行，因此再循环烟气取点不能低于此温度。提高再循环烟气的取点温度，混合空气后的助燃风温度也会提高，不易出现冷凝水的现象，有利于锅炉、风机等设备的安全稳定运行。但同时锅炉炉膛内的最高温度也会相应增大，NOx的生成量也会越多，难以将NOx浓度控制在30mg/m3以内。为了提高燃气锅炉的热效率，在其尾部设置节能器，能够有效控制排烟温度，为再循环烟气取点提供宽泛的温度范围，综合烟气再循环率、吸入空气温度等条件进行取点。对于58MW燃气热水锅炉来说，在20%烟气再循环率以及吸入空气为极端温度假定不变情况下，不断提高再循环烟气取点温度，冷凝水量及冷凝率呈现逐步下降的趋势，当取点温度达到204．5℃时不产生冷凝水。
6烟气再循环对燃烧特性的影响
首先，排烟温度。当负荷不同时，在烟气再循环率不断变化的情况下，排烟温度也因此变化。当锅炉负荷升高时，烟气流量增加，炉膛内排烟温度与有效辐射热量增加。当烟气再循环率相同时，由于负荷过大，锅炉效率过高，在锅炉负荷升高的情况下，排烟温度的升幅逐渐下降。而烟气再循环升高，炉膛排烟温度也随之升高。这由于烟气循环率的不断升高促使烟气流速大量上升，进而使得炉膛内高温烟气滞留时间被缩短，并减少了工质的有效吸收，因此，聚集在烟道出口的烟气温度升高。其次，燃烧效率。研究表明，当烟气再循环率上升至20%左右时，燃烧效率上升0.2%。这是因为，由燃烧室供给的循环的高温烟道气具有一定的热量，随着来自锅炉的热量的增加，锅炉的排气温度得到有效利用，燃烧效率大大提高。随着氧化剂温度的升高，初始燃烧温度升高并且燃烧进程增加了空气和天然气的混合比。
结束语
低负荷下将省煤器进口烟气再循环至一次风中，在保证一次风携粉能力的同时可降低其氧体积分数，提高再循环烟气的温度，使煤粉提前着火，延长煤粉在炉膛内的燃烧时间，同时可以降低锅炉排烟温度。随着烟气循环率的提高，炉膛内截面平均温度和炉膛出口烟气温度逐渐降低，炉膛内ＣＯ体积分数降低，炉膛出口氧体积分数增加。
参考文献：
[1]龙志云，宋宝军.烟气再循环份额对二次再热机组汽温的影响[J].电站系统工程，2018，34（03）：21-22.
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[4]林鲁徽.燃煤锅炉烟气再循环条件下的运行特性研究[D].华北电力大学，2018.
[5]吴巴特尔，脱硝系统的烟气再循环系统.河南省，河南中源化学股份有限公司，2018-03-01.