燃油燃气锅炉改造后使用生物质燃烧机对烟气中NOx含量影响

燃油燃气锅炉改造后使用生物质燃烧机对烟气中NOx含量影响

摘 要：为了使某单位2台75 t/h中压燃油燃气锅炉的烟气排放达到环保排放国家标准，同时锅炉的生产能力达到生产需要与工艺指标，通过更换燃料、设计改造燃烧机的排布及数量，使锅炉的燃烧及尾气的排放达到标准．结果表明：通过合理设计，燃烧机的排布由横向2台改成3台，则每个机组的燃烧机由4台增加至6台；燃料由油和炼厂燃料气的混合料变为纯天然气，则在提高燃料燃烧效率的同时，烟气排放达到国家标准．其中烟尘质量浓度≤40 mglms，烟尘黑度为林格曼黑度1级，烟气含量中氧含量约3%（干基容积百分数），Nn质量浓度≤200 mglNm{，CO质量浓度≤100 mglNms，SO，质量浓度≤100 mglNms.

在燃烧过程中产生氮氧化物(NOi)和碳氢化合物，它们是形成光化学烟雾的重要成分，对大气造成污染，进而对人和动物的身体健康产生危害；另一方面，NO，是形成酸雨的主要物质之一，会造成土壤酸化以及水体富营养化等危害，它还能与臭氧反应，从而造成臭氧层破坏口1]．因此，降低NOJ的排放量是亟待解决的重要问题之一．2 014年我国新修订的《锅炉大气污染物排放标准》( GB 13271 2014)规定氮氧化物排放限值不能高于400 mglm3[2].

对锅炉尾部烟气采用选择性催化还原技术(SCR)来脱硝可以有效降低烟气中NO，含量，但是脱硝投资费用较高，大多应用在大中型火电厂．所以，如何减少锅炉炉膛内NO，生成量，同时又能降低锅炉烟气脱硝投资费用成为新的研究热点．金伟韧等口1利用A-MACT燃烧技术对2 290 t／h锅炉燃烧系统进行了整体改造和优化，使之达到低NO，排放的环保性，同时在经济性方面也取得了良好效果．何兆来_1对长海#9锅炉低氦燃烧机进行改造，发现改造后NO，含量明显降低，同时降低了电厂脱硝运行费用．畅文喜邸o对600 MW超临界锅炉低氮燃烧机进行政造，发现可以使NO，排放量大大降低．李强等口1利用新型燃烧技术对原有的燃烧机进行改造，有效降低了锅炉NO，的排放．由此可见，低氮燃烧机能大大降低炉内NO，的生成，燃烧机改造逐渐成为降低烟气NO，含量的关键改造之一．天然气发电在优化我国能源结构、节能环保和应对气候变化等方面具有自身的优势口]．本文对呼和浩特某石化厂的2台75 t/h中压燃油燃气锅炉进行改造，同时为其他机组锅炉的改造积累经验．

1 目前运行情况

呼和浩特某石化厂现有2台75 t/h中压燃油燃气锅炉，于2012年9月投产．生产厂家是***有限公司．该锅炉为单锅筒，自然循环，集中下降管，“Ⅱ”布置的燃油气锅炉，锅炉室内布置．锅炉前部为炉膛，水平烟道装设了两级对流过热器．尾部竖井烟道中布置3组省煤器和钢管式空气预热器．锅筒内部采用旋风分离器进行一次汽水分离，过热蒸汽温度的控制采用给水喷水减温装置．炉膛采用膜式水冷壁，供水采用集中下降管；平台为栅格结构．

其设计参数为：汽包工作压力4.2 MPa；主汽温度450℃；主汽压力3. 82 MPa；主汽流量410 t/h；给水温度104℃；额定工况设计效率≥90%；锅炉燃料主要为燃料气，当燃科气不足时常压渣油作为补充；负荷自动调节范围为30%-100%；排烟温度≤1 60℃．

燃烧机采用湖南吉祥石化科技股份有限公司生产的W型高效节能燃烧机．烧气时，负荷调节比为1:8；烧油采用机械雾化油喷嘴，负荷调节比为1：5．为了确保安全，每台燃烧机设置带气动推进器及电子点火杆式燃气长明灯1支，发热量不小于0. 022 MW，燃料气压力0.02--0. 10 MPa.

2台锅炉自投产运行起较为稳定，基本满足了生产需要及烟气的各项环保指标．但自2014年1月份当地环保局引入污染物折算值概念后，要求：烟气排烟含尘量不大干50 mglNd，SO：质量浓度不大于100 mglNd，Nq质量浓度不大于400 mglNd[2].锅炉在油气混烧时，烟气中NO，超标，质量浓度一般

在600 mg/Nm3左右，S02质量浓度在80 mg/Nd左右，排烟含尘质量浓度在40 mglNms左右．其烟气的环保指标难以达标，经常出现生产需要与工艺指标发生冲突的情况．同时，锅炉满负荷运行时，炉膛上部温度高，导致设备超温运行，存在安全隐患．燃料成分与参数如表1所示．

表1 石化厂燃料气成分与参数

蠛料气组成 质量分数

0. 58%

3. 04%

14. 13%

2. 37%

0. 85%

≤20 mg/Nm3

25. 92%

27. 17%

19. 82%

2. 39%

1. 55%

2. 18%

100. 00 %

相对分子质量

重量热值

体积热值

18. 34

41 769 kj,/kg

34 192 kj/Nms

常压渣油温度90℃，热值41. 84 MJ/kg，具体性质如表2所示．

2 改造方案

本次燃烧机的改造目的是实现炉内低氮燃烧，同时使尾气排放达到国家标准．解决方案的选择是更换锅炉燃料——从原有的油气混合改为纯天然气．天然气从外围铺设专用的天然气管道引至锅炉

前，利用现有的工艺流程及设备设施接入锅炉原有管道，同时对燃烧机睇。1部分进行适应性改造．因为在燃油锅炉中，油燃烧产生的NO,主要是NO，它的生成机理有2种：热力型NO的生成和燃料型NO的生成。1”1“]，因此通过更换燃料即可达到预期的设计结果．

天然气的组成（质量分数）为：CO，1.63%，CH.,93. 72%,C2 H6 3.26%,Cs H8 0.63%,H2S O.59%,杂质等0. 17%，合计100%；体积热值35 057 kj/Nm;3．锅炉热力校核计算如表3所示．由表3可知，

根据天然气的组成对锅炉进行热力校核计算的结果，写锅炉原设计完全采用燃料气状况相差不大，基本能满足锅炉原设计要求．

原锅炉采用油气混烧，由于燃烧机数量少，满负荷运行时，火焰高度较高，导致炉膛上部温度高，设备超温．

因锅炉燃料更换为天然气，建议燃烧机更换为低Nn侧烧气体燃烧机，同时增加燃烧机数量，适当降低燃烧机火焰高度，保证锅炉正常经济运行．

该低NO，侧烧气体燃烧机采用燃料分级、强化混合、非当量分段燃烧、降低燃烧火焰中心温度、扼制NO。生成的燃烧技术．燃烧机采用二段燃料低NO，燃烧技术，一段燃料燃烧形成的圆形火焰的中60心层火焰，此时是高过剩空气量燃烧，故降低了中心火焰温度；多余空气继续向炉膛内喷射，与二段燃料混合燃烧，此时，由于向炉膛内喷射的空气与向炉膛内高速喷射的燃料混合气形成一个负压区，将与炉管进行热交换后温度已下降的烟气吸回，冷却外层火焰，从而使整个圆形火焰温度降至1 450℃以下，这就避免了N：与O：反应生成NO的温度条件，从而达到降低排放烟气中的NO，含量目的．其调节比大，操作弹性宽，从而实现了燃料气分级、分段燃烧，燃料燃烧充分完全，使得炉膛温度分布更均匀，降低了燃烧火焰温度和烟气中Nn的排放；由于切向旋流供风的特别设计，配合主辅烧嘴稳焰喷孑L喷射角相对应设计，火焰稳定性能好；由于设计多火嘴，每个火嘴的发热量小，再则，火焰脱离喷头燃烧特点，喷头一直处于燃料气的流动冷却状态下，喷头不易结焦与堵塞，且使用寿命长．

燃烧机安装位置以原燃烧机安装高度为准，即原燃烧机平台处．根据锅炉大小及燃烧机设计，每台锅炉最多可排布6台燃烧机．改造前后燃烧机垂直安装高度不变，仅横向增加燃烧机数量并重新排布．

改造后每台锅炉设6台燃气燃烧机，调风器左右旋向示意如图2所示．烘烧器改造前后相关指标及性能的对比结果如表4所示．

所需改造的燃料器清单如下：名称，燃气燃烧机；规格及型号，WYNQ-CQ10.O；数量，12台；备注，每台锅炉6台燃烧机（2台锅炉）．

3 改造后节能减排情况

天然气是优质高效的清洁能源，燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势．

锅炉燃料使用天然气，燃烧机改造为低氮型燃气燃烧机，燃料消耗量从7 136. 75 Nm3／h减少到6 768. 35 Nm'z／h，减少了约5.1%，并且大大减少了烟尘、S()：的排放．其中烟尘质量浓度≤40 mglmz；烟尘黑度为林格曼黑度1级；烟气含量中氧含量约3%（干基容积百分数）；Nn质量浓度≤200mg] Nm3，与改造前相比，Nn质量浓度降低约67%；CO质量浓度≤100 mglNm:3；S02质量浓度≤100 mglNm。．可以大犬减轻对环境的污染，实现清洁燃烧，改善空气质量，能满足环保要求．

生物质气化站，http://www.598jx.com