燃油燃氣鍋爐改造后使用生物質燃燒機對煙氣中NOx含量影響
摘 要：為了使某單位2臺75t/h中壓燃油燃氣鍋爐的煙氣排放達到環保排放國家標準，同時鍋爐


的生產能力達到生產需要與工藝指標，通過更換燃料、設計改造燃燒機的排布及數量，使鍋爐的燃


燒及尾氣的排放達到標準．結果表明：通過合理設計，燃燒機的排布由橫向2臺改成3臺，則每個機


組的燃燒機由4臺增加至6臺；燃料由油和煉廠燃料氣的混合料變為純天然氣，則在提高燃料燃燒效


率的同時，煙氣排放達到國家標準．其中煙塵質量濃度≤40mglms，煙塵黑度為林格曼黑度1級，


煙氣含量中氧含量約3%（干基容積百分數），Nn質量濃度≤200mglNm{，CO質量濃度≤100mglNms


，SO，質量濃度≤100mglNms.
在燃燒過程中產生氮氧化物(NOi)和碳氫化合物，它們是形成光化學煙霧的重要成分，對大氣造成


污染，進而對人和動物的身體健康產生危害；另一方面，NO，是形成酸雨的主要物質之一，會造成


土壤酸化以及水體富營養化等危害，它還能與臭氧反應，從而造成臭氧層破壞口1]．因此，降低


NOJ的排放量是亟待解決的重要問題之一．2014年我國新修訂的《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB 


132712014)規定氮氧化物排放限值不能高于400mglm3[2].
  對鍋爐尾部煙氣采用選擇性催化還原技術(SCR)來脫硝可以有效降低煙氣中NO，含量，但是脫


硝投資費用較高，大多應用在大中型火電廠．所以，如何減少鍋爐爐膛內NO，生成量，同時又能降


低鍋爐煙氣脫硝投資費用成為新的研究熱點．金偉韌等口1利用A-MACT燃燒技術對2290t／h鍋爐


燃燒系統進行了整體改造和優化，使之達到低NO，排放的環保性，同時在經濟性方面也取得了良好


效果．何兆來_1對長海#9鍋爐低氦燃燒機進行改造，發現改造后NO，含量明顯降低，同時降低了電


廠脫硝運行費用．暢文喜邸o對600MW超臨界鍋爐低氮燃燒機進行政造，發現可以使NO，排放量大


大降低．李強等口1利用新型燃燒技術對原有的燃燒機進行改造，有效降低了鍋爐NO，的排放．由


此可見，低氮燃燒機能大大降低爐內NO，的生成，燃燒機改造逐漸成為降低煙氣NO，含量的關鍵改


造之一．天然氣發電在優化我國能源結構、節能環保和應對氣候變化等方面具有自身的優勢口]．


本文對呼和浩特某石化廠的2臺75t/h中壓燃油燃氣鍋爐進行改造，同時為其他機組鍋爐的改造積


累經驗．
1 目前運行情況
  呼和浩特某石化廠現有2臺75t/h中壓燃油燃氣鍋爐，于2012年9月投產．生產廠家是***有限


公司．該鍋爐為單鍋筒，自然循環，集中下降管，“Ⅱ”布置的燃油氣鍋爐，鍋爐室內布置．鍋爐


前部為爐膛，水平煙道裝設了兩級對流過熱器．尾部豎井煙道中布置3組省煤器和鋼管式空氣預熱


器．鍋筒內部采用旋風分離器進行一次汽水分離，過熱蒸汽溫度的控制采用給水噴水減溫裝置．爐


膛采用膜式水冷壁，供水采用集中下降管；平臺為柵格結構．
  其設計參數為：汽包工作壓力4.2MPa；主汽溫度450℃；主汽壓力3.82MPa；主汽流量410 


t/h；給水溫度104℃；額定工況設計效率≥90%；鍋爐燃料主要為燃料氣，當燃科氣不足時常壓渣


油作為補充；負荷自動調節范圍為30%-100%；排煙溫度≤160℃．
  燃燒機采用湖南吉祥石化科技股份有限公司生產的W型高效節能燃燒機．燒氣時，負荷調節比


為1:8；燒油采用機械霧化油噴嘴，負荷調節比為1：5．為了確保安全，每臺燃燒機設置帶氣動推


進器及電子點火桿式燃氣長明燈1支，發熱量不小于0.022MW，燃料氣壓力0.02——0.10MPa.
  2臺鍋爐自投產運行起較為穩定，基本滿足了生產需要及煙氣的各項環保指標．但自2014年1月


份當地環保局引入污染物折算值概念后，要求：煙氣排煙含塵量不大干50mglNd，SO：質量濃度不


大于100mglNd，Nq質量濃度不大于400mglNd[2].鍋爐在油氣混燒時，煙氣中NO，超標，質量濃度


一般
在600mg/Nm3左右，S02質量濃度在80mg/Nd左右，排煙含塵質量濃度在40mglNms左右．其煙氣的


環保指標難以達標，經常出現生產需要與工藝指標發生沖突的情況．同時，鍋爐滿負荷運行時，爐


膛上部溫度高，導致設備超溫運行，存在安全隱患．燃料成分與參數如表1所示．
  表1 石化廠燃料氣成分與參數
蠛料氣組成  質量分數
  0.58%
   3.04%
   14.13%
   2.37%
   0.85%
≤20mg/Nm3
  25.92%
    27. 17%
   19.82%
   2.39%
  1.55%
    2. 18%
  100.00%
相對分子質量
 重量熱值
 體積熱值
   18.34
 41769kj，/kg
34192kj/Nms
  常壓渣油溫度90℃，熱值41.84MJ/kg，具體性質如表2所示．
2 改造方案
  本次燃燒機的改造目的是實現爐內低氮燃燒，同時使尾氣排放達到國家標準．解決方案的選擇


是更換鍋爐燃料——從原有的油氣混合改為純天然氣．天然氣從外圍鋪設專用的天然氣管道引至鍋


爐
前，利用現有的工藝流程及設備設施接入鍋爐原有管道，同時對燃燒機睇。1部分進行適應性改造


．因為在燃油鍋爐中，油燃燒產生的NO，主要是NO，它的生成機理有2種：熱力型NO的生成和燃料型


NO的生成。1”1“]，因此通過更換燃料即可達到預期的設計結果．
  天然氣的組成（質量分數）為：CO，1.63%，CH.，93.72%，C2H63.26%，CsH80.63%，H2S 


O.59%，雜質等0.17%，合計100%；體積熱值35057kj/Nm3．鍋爐熱力校核計算如表3所示．由表3


可知，
根據天然氣的組成對鍋爐進行熱力校核計算的結果，寫鍋爐原設計完全采用燃料氣狀況相差不大，


基本能滿足鍋爐原設計要求．
原鍋爐采用油氣混燒，由于燃燒機數量少，滿負荷運行時，火焰高度較高，導致爐膛上部溫度高，


設備超溫．
  因鍋爐燃料更換為天然氣，建議燃燒機更換為低Nn側燒氣體燃燒機，同時增加燃燒機數量，適


當降低燃燒機火焰高度，保證鍋爐正常經濟運行．
  該低NO，側燒氣體燃燒機采用燃料分級、強化混合、非當量分段燃燒、降低燃燒火焰中心溫度


、扼制NO。生成的燃燒技術．燃燒機采用二段燃料低NO，燃燒技術，一段燃料燃燒形成的圓形火焰


的中60心層火焰，此時是高過剩空氣量燃燒，故降低了中心火焰溫度；多余空氣繼續向爐膛內噴射


，與二段燃料混合燃燒，此時，由于向爐膛內噴射的空氣與向爐膛內高速噴射的燃料混合氣形成一


個負壓區，將與爐管進行熱交換后溫度已下降的煙氣吸回，冷卻外層火焰，從而使整個圓形火焰溫


度降至1450℃以下，這就避免了N：與O：反應生成NO的溫度條件，從而達到降低排放煙氣中的NO


，含量目的．其調節比大，操作彈性寬，從而實現了燃料氣分級、分段燃燒，燃料燃燒充分完全，


使得爐膛溫度分布更均勻，降低了燃燒火焰溫度和煙氣中Nn的排放；由于切向旋流供風的特別設計


，配合主輔燒嘴穩焰噴孑L噴射角相對應設計，火焰穩定性能好；由于設計多火嘴，每個火嘴的發


熱量小，再則，火焰脫離噴頭燃燒特點，噴頭一直處于燃料氣的流動冷卻狀態下，噴頭不易結焦與


堵塞，且使用壽命長．
  燃燒機安裝位置以原燃燒機安裝高度為準，即原燃燒機平臺處．根據鍋爐大小及燃燒機設計，


每臺鍋爐最多可排布6臺燃燒機．改造前后燃燒機垂直安裝高度不變，僅橫向增加燃燒機數量并重


新排布．
  改造后每臺鍋爐設6臺燃氣燃燒機，調風器左右旋向示意如圖2所示．烘燒器改造前后相關指標


及性能的對比結果如表4所示．
所需改造的燃料器清單如下：名稱，燃氣燃燒機；規格及型號，WYNQ-CQ10.O；數量，12臺；備注


，每臺鍋爐6臺燃燒機（2臺鍋爐）．
3 改造后節能減排情況
  天然氣是優質高效的清潔能源，燃燒后無廢渣、廢水產生，相較煤炭、石油等能源