燃氣鍋爐低氮燃燒器如何選擇

2017 年 4 月 1 日北京市正式施行最嚴苛的鍋爐氮氧化物排放標準, 要求新建的鍋爐氮氧化物排放低于30 毫克，在用的鍋爐氮氧化物排放低于80 毫克，未來這個標準將會逐步應用到全國各個省市，對于目前市場上大部分的在用燃氣鍋爐業主來說意味著必須更換成低氮燃燒器，才能滿足排放要求。

在了解燃氣鍋爐低氮燃燒器前，我們先來先了解一下NOx 氮氧化物的生成機制：
熱力型NOx是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的NOx，是目前大氣污染中氮氧化物的主要來源。對于燃氣鍋爐來說，熱力型 NOx 的產生和燃燒的溫度呈指數型關系，通常在燃燒溫度高于1000 攝氏度的時候開始產生，而在 1400 度以上 NOx 的生成速度會急劇增加。下圖反映的是燃氣鍋爐的NOx 排放和溫度的關系。

基于以上 NOx 的生成機制，燃氣鍋爐低氮燃燒器控制NOx 的技術主要著眼于兩個方向：
①　降低火焰溫度
②　降低空氣氧含量

低氮燃燒器和超低氮燃燒器類型

傳統的燃氣鍋爐燃燒器通常的NOx 排放在120~150 毫克左右。燃氣鍋爐低氮燃燒器通常是指NOx排放在30~80毫克的燃燒器。NOx 排放在 30 毫克以下的通常稱為超低氮燃燒器。

燃氣鍋爐低氮燃燒器通常基于下列技術：
1. 電子比例調節和氧含量控制技術來精確控制氧含量；
2. FGR煙氣再循環技術來降低火焰溫度和氧含量；
3. 全預混的表面燃燒技術來降低火焰溫度和實現充分燃燒。

上述技術中 1 通常是燃氣鍋爐低氮燃燒器的必須配置；基于上述技術，市場的燃氣低氮燃燒器主要分為以下類型：
1. FGR低氮燃燒器
FGR低氮燃燒器通常能夠將NOx 在全火范圍內控制到65 毫克，極限大約在40 毫克左右，進一步降低NOx 排放可能導致燃燒不穩定，或者犧牲可調比等弊端。
2. 表面燃燒超低氮燃燒器
表面燃燒超低氮燃燒器通常能夠將NOx 在全火范圍內控制到30 毫克以內， 其優點是安裝簡單，不需要FGR 煙氣再循環管道；其主要缺點是需要過濾空氣，加大了維護工作量；同時氧含量在 7%左右，降低了部分燃燒效率。
3. 表面燃燒 +FGR超低氮燃燒器。
表面燃燒 +FGR超低氮燃燒器結合了表面燃燒的NOx 控制優點和FGR降氧含量優點， 可以實現在全火范圍控制NOx 到 20 毫克水平，同時控制氧含量在3%以內，大化燃燒效率。其主要缺點是設備成本較高。

選擇燃氣鍋爐低氮燃燒器時考慮的主要參數

尾氧含量
為了達到充分燃燒的極限過剩空氣系數為大約1.1, 對應的理論尾氧含量為大約2%. 更高的尾氧含量通常意味著燃燒器效率的降低。理想的燃燒器尾氧含量可以控制在3%以內； 市場上表面燃燒的燃燒器的尾氧含量通常在7%左右， 相對于 3%的尾氧含量， 意味著產生相同的熱量，需要多耗費大約 6~8%的天然氣。對于常年運轉或者設備長期在較高負荷運轉，天然氣消耗量比較大的業主，選擇一款尾氧含量低的燃燒器對于降低運行成本至關重要。

可調比
采用了電子比例調節的低氮燃燒器通常應該具備至少５：１以上的高可調比。更低的可調比意味著實際運行過程中更多的ON/Off 啟停，同時也意味著更多的天然氣消耗。除非是負荷常年在一個比較小的穩定區間的鍋爐，選擇一個高可調比的燃燒器對于降低天然氣的消耗，降低運行成本，延長設備的使用壽命非常重要。

其它主要考慮因素
燃燒穩定性是選擇燃氣鍋爐低氮燃燒器的主要考慮因素，包括設備本身的可靠性。對于采用FGR技術的低氮燃燒器，需要特別關注FGR煙氣再循環比例，過大的比例意味著燃燒極易不穩定，或者對于設備的技術和控制水平有比較苛刻的要求。

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