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發布時間：2020-12-31 09:46
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北京市節能監測中心研制推出的第二代超低氮燃燒設備亮相中國暖通展。該設備是裝在燃氣鍋爐上的一種燃燒器，可以使燃氣鍋爐的氮氧化物排放低于30mg，這也是北京市環保局要求2017年4月后所有燃氣鍋爐必須達到的排放標準。
據北京節能技術監測中心經理蔣歷民介紹，現在北京市運行的2萬多臺燃氣鍋爐，氮氧化物排放基本都在100mg/m3以上，污染物排放減排存在巨大空間。煤粉工業鍋爐可結合室燃鍋爐的特點，采用濃淡燃燒、空氣分級、煙氣再循環等多種手段實現低氮燃燒。“我們研發的超低氮燃燒器已經在20多臺燃氣鍋爐上得到試用，可以使氮氧化物排放持續穩定在30mg/m3以下，這也是北京市DB11-139-2015地方法規，對鍋爐尾氣排放提出的嚴要求。”
蔣歷民坦言，“與傳統擴散式燃燒技術相比，這種采用全預混表面燃燒技術的超低氮燃燒器安全性更高。低氮燃燒器的分類為：1．階段燃燒器：根據分級燃燒原理設計的階段燃燒器，使燃料與空氣分段混合燃燒。擴散燃燒是將燃氣與空氣直擴散在整個爐膛燃燒，一旦爆燃，其影響相當大。而我們這個燃燒技術由于金屬纖維網容積遠遠小于整個爐膛，因此也相對安全的多。另外，絲網空隙設計上，燒頭前端薄弱區域設計有專門泄壓開孔;其朝向鍋爐防爆門方向;即使萬一出現爆燃，也不致于損壞鍋爐。”。
據了解，燃氣鍋爐煙氣排放產生的氮氧化物是霧霾的重要成因之一，為控制霧霾的形成，2015年7月北京市環保局頒布新的《鍋爐大氣污染物排放標準》規定，氮氧化物排放限值從平均120mg/m3降至到30mg/m3，新標準將于2017年4月1日開始實施。目前全市有20蒸噸以下的中小型燃氣鍋爐9500臺左右，晚要在2017年年底前完成低氮排放改造。其中，燃料型NO約占80-90%，是各種低NO技術控制的主要對象。“現在鍋爐運營單位都在等環保部門的補貼政策和標準，不過目前我們的產品年產量約在2000臺左右。
位于望京的藍天供熱廠，該廠鍋爐房的10臺燃氣熱水鍋爐均安裝了低氮燃燒器和煙氣再循環裝置，經過測試，改造后鍋爐排放的氮氧化物從原來的不超過100毫克每立方米下降至不超過30毫克每立方米。
熱力集團副總經理劉榮介紹，為落實企業環保責任，熱力集團2014年就對望京藍天鍋爐房內的2臺鍋爐進行了煙氣清潔節能改造，2016年繼續對其他8臺鍋爐完成了低氮改造。改造后，該廠年減排氮氧化物36噸。
據介紹，2017年，北京熱力集團將陸續對所轄208處鍋爐房1144臺鍋爐開展低氮改造，達到新的鍋爐排放標準。
記者了解到，本市2015年7月1日出臺了新《鍋爐大氣污染物排放標準》，重點加嚴了燃煤鍋爐、燃氣鍋爐等固定燃燒源氮氧化物排放限值。根據《標準》要求，今年4月1日后，新建鍋爐執行30毫克/立方米的排放限值標準；對于位于高污染燃料禁燃區內的在用鍋爐，4月1日起，執行80毫克/立方米排放限值。該標準總體上與歐洲鍋爐排放標準相當，接近于目前全世界嚴的美國南加州鍋爐排放標準。北京市大規模使用始于1998年陜京一線投產，數據顯示，陜京線已累計向北京市輸送超過750億立方米。
市、區兩級政府出臺經濟政策鼓勵低氮改造工作在加嚴標準的同時，本市還給予經濟鼓勵政策，以促進鍋爐低氮改造工作。目前，全市各相關區已基本出臺轄區配套資金政策。
燃燒器發生故障不點火，控制器自動保護關機。故障燈（紅色）點亮。
關閉電源，檢查燃燒器系統外部狀態。
1、檢查燃燒器加溫油池溫度設定是否正確。
2、檢查加溫油池內液面高度。（液面不能高過上止點）
3、檢查溢油槽。（保持清潔不能有油）
4、檢查氣源氣壓。檢查油水分離器，放掉其中的水。
5、檢查感光器。（保持清潔）
6、檢查油箱存油。檢查過濾網。
7、取下燃燒器，檢查穩焰盤和點火電極的間隙。
第二步：按控制器按鈕復位。（斷電狀態）
第三步：接通電源，啟動燃燒器，觀察設備運行時的狀況。查出故障及時排除。
故障現象故障處理檢查加溫油池是否升溫 ☆ 如果不升溫：1、檢查電源 排除故障
2、加溫油池內液面過高 放掉部分油降低液面加溫油池達到設定溫度后檢查風機、電極、氣路電磁閥的運行狀況 ☆ 風機啟動后不停，燃燒器不點火，控制器故障指示燈不亮控制器故障 更換控制器☆ 風機、點火電極工作正常，電磁閥無動作，燃燒器不點火1、油槽內有油 清除干凈
2、接觸開關故障 更換接觸開關☆ 風機啟動后，電磁閥有動作，但燃燒器不點火1、電極間隙過大或電極有搭鐵現象 調整電極間隙
2、油路堵塞，清洗油管、噴油頭
3、無壓縮空氣，檢查氣源☆ 燃燒器點燃后 火焰不穩定、升溫慢、中途熄火1、吸油管內壁結垢 拆下油管清除
2、油中含水太多 油箱放水 同時檢查油浮子是否起作用
3、油嘴O型圈損壞 更換O型圈
4、感光器損壞或過臟、更換、清潔過溫保護 ☆ 燃燒器突然停機 故障燈不亮 再次啟動無反應檢查加溫油池內液面高度 如液面過低加入燃油升至液面標志處 按過溫保護器復位按鈕復位 然后重新啟動燃燒器☆ 排放有煙1、穩焰盤結焦 取下燃燒器清洗穩焰盤
2、風門開度不正確 調整風門☆ 供油故障1、油泵或馬達故障 及時排除或更換
2、檢查過濾罐和過濾網清除濾網表面積垢
3.1 低過量空氣燃燒
低過量空氣燃燒是燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進行，隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制煙氣中氮氧化物前驅體與O2的反應，這是一種的降低NOx排放的方法，可降低NOx排放15%～20%。但同時，如果爐內氧含量過低，如低于3%，則有可能導致燃氣的不完全燃燒，出口煙氣中CO含量或其他可燃物含量增加，降低燃燒效率。氮是由燃燒產生的，而燃燒方法和燃燒條件對氮的生成有較大影響，因此可以通過改進燃燒技術來降低氮，其主要途徑如下：選用N含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉變成低氮燃料。
3.2 空氣分級燃燒
空氣分級燃燒技術是將助燃空氣分級送入燃燒裝置的技術，通常在一級燃燒區，將助燃空氣量減少到總燃燒空氣量的70%～75%（相當于理論空氣量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃燒條件下燃燒，過量空氣系數α＜1，在降低了燃燒區內的燃燒速度和溫度水平的同時，在燃燒區域形成還原氣氛，抑制了NOx在一級燃燒區的生成量。為了完成燃氣燃燒過程，將完全燃燒所需的其余空氣送入第二級燃燒區，與一級“貧氧燃燒”產生的煙氣混合，此階段空氣系數α＞1，保證了燃氣的燃燼度，同時，由于一階段產生的煙氣對空氣的稀釋，局部氧含量降低，有利于降低反應（1）（2）的反應速率。由于整個燃燒過程所需空氣是分兩級或多級送入燃燒區域，故稱為空氣分級燃燒法。經過長達3年的理論分析、設計改進、我們的研發團隊終于成功研發出了適合我國低氮燃燒的燃燒機，并成功應用于600MW亞臨界控制循環鍋爐工程。才雷等將空氣分級燃燒技術作為降低鍋爐NOx排放的主要燃燒控制手段，通過對一次風二次風的給入控制，將煙氣出口NOx含量由1164.92mg/m3降低至704.7mg/m3。
3.3 燃料分級技術
燃料分級燃燒技術又稱為三級燃燒技術或再燃燒技術，空氣和燃料都分級送入爐膛，形成初始燃燒區、再燃區和燃盡區。其原理是利用燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi和未完全燃燒產物CO、H2、C和CnHm時，會發生NOx的還原反應，進而降低NOx的排放。將80%～85%的燃料送入一級燃燒區，在α＞1條件下，燃燒并生成NOx；其余15%～20%的燃料送入二級燃燒區，在α＜1的條件下形成很強的還原性氣氛，使得在一級燃燒區中生成的NOx在二級燃燒區內被還原成氮氣，二級燃燒區又稱再燃區，在再燃區中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成；由于可能存在未燃燼的燃料，需在第三級燃燒區送入空氣，保證再燃區中生成的未完全燃燒產物的燃盡。美國John Zink公司利用燃料分級燃燒原理開發了適用于管式加熱爐的遠距離分級式爐子工業燃燒器結構及方法的專利技術，與未采用該技術的加熱爐相比，可減少28%左右的NOx排放。在大多數燃燒裝置中，前者是NO的主要來源，我們將此類NO稱為“熱反應NO”，后者稱之為“燃料NO”，另外還有“瞬發NO”。
3.4 煙氣再循環
煙氣再循環時將一部分低溫煙氣直接送入燃燒區域，或與一次風或二次風混合后送入燃燒區域，不僅降低燃燒溫度，同時也降低了氧氣濃度，進而降低了NOx的排放濃度。美國卡博特公司在炭黑尾氣余熱鍋爐系統中采用了煙氣再循環技術對尾排煙氣進行了有效控制，當循環煙氣量由占總給入氣體量的0%、6%增大到39%時，煙氣NOx含量由522mg/m3降低為376mg/m3及246mg/m3。在實際燃燒裝置中反應達到化學平衡時，[NO2]/[NO]比例很小，即NO轉變為NO2很少，可以忽略。顯然，再循環煙氣進入燃燒區域后需要吸收熱量，重新升溫至燃燒溫度，過量的再循環煙氣將導致較低的燃燒溫度，必然引起不燃燒或燃燒不完全的現象，進一步將導致燃料無法穩定燃燒，通常煙氣再循環率控制在30%以內，以確保燃氣的穩定燃燒。
3.5 低NOx燃燒器
燃燒器的性能對低熱值燃氣燃燒設備的可靠性和經濟性起著主要作用。從NOx的生成機理出發，通過特殊設計的燃燒器結構以及通過改變工業燃燒器的風煤比例，可以將前述的空氣分級、燃料分級和煙氣再循環降低NOx濃度的低氮燃燒技術用于燃燒器，以盡可能地降低著火氧的濃度、適當降低著火區的溫度達到限度地抑制NOx生成的目的，這是目前低NOx燃燒器的主要設計理念。李陽扶等通過特殊的燃氣燃燒器結構設計，將燃料與空氣分級分段給入、燃料與助燃空氣以亞化學當量比率給入、抽取鍋爐尾部煙氣經混合裝置與空氣混合后進入燒嘴，將強化燃氣與助燃空氣的混合、分級分段燃燒、煙氣循環等技術進行集成，大大降低了NOx的生成。低NOx燃燒器中還有一種比較常用的燃燒技術為低NOx旋流燃燒技術，如2.4節所述。旋流燃燒技術強化反應物混合與穩定燃燒方面研究者們已形成了共識，旋流燃燒能夠形成燃燒產物的中心回流區，回流區內高溫低速的燃燒產物和中間體對未反應的空氣和燃料進行預熱、稀釋，能夠有效地強化低熱值合成氣燃燒，在高速射流下形成穩定的火焰。在鍋爐改造前使用的配煤、配風方式很大程度上不適用，不僅會對鍋爐的各項指標產生影響，還會使鍋爐低負荷穩燃的能力變低。與此同時，煙氣循環使得爐內溫度分布更加均勻，稀釋燃燒反應物，降低燃燒溫度、縮小高溫區，降低氧含量，有可能抑制NOx的形成，但不同研究者對旋流燃燒降低氮氧化物排放的研究結果卻存在較大差異。Coghe等分別采用了不同的燃燒器或旋流方式研究旋流數對NOx生產量的影響，結果表明隨著旋流數的提高，NOx排放量可降低25%～30%。而Zhou等的研究結果表明，隨著旋流數的提高，NOx排放量先高后減小，且仍高于無旋流時的排放量。
