如何選擇低氮燃燒器

北京市將在2017年4月1日正式施行比較嚴(yán)苛的鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn), 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. 對于目前市場上大部分的在用燃氣鍋爐業(yè)主來說,意味著必須更換成低氮燃燒器,才能滿足排放要求.
 

NOx氮氧化物的生成機制

對于天然氣鍋爐來說，Nox的產(chǎn)生主要來自空氣中的氮氣和過量氧氣產(chǎn)生的熱力型Nox，熱力型NOx的產(chǎn)生和燃燒的溫度呈指數(shù)型關(guān)系，通常在燃燒溫度高于1000攝氏度的時候開始產(chǎn)生，而在1400度以上NOx的生成速度會急劇增加。下圖反映的是燃煤型鍋爐的NOx排放和溫度的關(guān)系，其中熱力型Nox的溫度關(guān)系同樣適合于天然氣鍋爐燃燒器。

 
基于以上NOx的生長機制，低氮燃燒器的控制NOx的技術(shù)也主要著眼于兩個方向：
l  降低火焰溫度；
l  降低氧含量；

低氮燃燒器和超低氮燃燒器類型

傳統(tǒng)的天然氣鍋爐燃燒器通常的NOx排放在120~150毫克左右。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。
 
傳統(tǒng)的燃燒器的高NOx排放主要源于下述幾個原因：
l  為了保證燃燒充分，采用了較大的過量空氣；
l  燃燒溫度通常在1800度左右；
 
低氮燃燒器通常基于下列技術(shù)：

1. 電子比例調(diào)節(jié)和氧含量控制技術(shù)；來精確控制氧含量；
2. FGR煙氣再循環(huán)技術(shù)，來降低火焰溫度和氧含量；
3. 全預(yù)混的表面燃燒技術(shù)來降低火焰溫度和實現(xiàn)充分燃燒；

 
上述技術(shù)中1通常是低氮燃燒器的必須配置；基于上述技術(shù)，市場的低氮燃燒器主要分為以下類型：
l  FGR低氮燃燒器；
l  表面燃燒超低氮燃燒器；
l  表面燃燒+FGR超低氮燃燒器；
 
其中FGR低氮燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)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(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，或者犧牲可調(diào)比等弊端；
 
表面燃燒超低氮燃燒器通常能夠?qū)Ox在全火范圍內(nèi)控制到30毫克以內(nèi)，其優(yōu)點是安裝簡單，不需要FGR煙氣再循環(huán)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。
 
表面燃燒+FGR超低氮燃燒器結(jié)合了表面燃燒的NOx控制優(yōu)點和FGR降氧含量優(yōu)點，可以實現(xiàn)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(nèi)，比較大化燃燒效率。其主要短處是設(shè)備成本提高。
 

低氮燃燒器選擇考慮的主要參數(shù)

NOx 排放

必須滿足國家和地方的環(huán)保排放要求，在滿足要求的前提下，從企業(yè)的社會責(zé)任角度出發(fā)，盡量應(yīng)該選擇NOx排放更低的設(shè)備；

尾氧含量

為了達到充分燃燒的極限過剩空氣系數(shù)為大約1.1, 對應(yīng)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。理想的燃燒器比較好尾氧含量可以控制在3%以內(nèi)；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(chǎn)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(zhuǎn)或者設(shè)備長期在較高負荷運轉(zhuǎn)，天然氣消耗量比較大的業(yè)主，選擇一款尾氧含量低的燃燒器對于降低運行成本至關(guān)重要。

可調(diào)比

采用了電子比例調(diào)節(jié)的低氮燃燒器通常應(yīng)該具備至少５：１以上的高可調(diào)比。更低的可調(diào)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(wěn)定區(qū)間的鍋爐，選擇一個高可調(diào)比的燃燒器對于降低天然氣的消耗，降低運行成本，延長設(shè)備的使用壽命非常重要。

其它主要考慮因素

燃燒穩(wěn)定性是選擇低氮燃燒器的主要考慮因素，包括設(shè)備本身的可靠性。由于在北京實施低氮標(biāo)準(zhǔn)之前，全世界范圍內(nèi)實施低氮標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域主要在美國，所以基本上只有主要銷售市場在美國的燃燒器品牌在低氮燃燒器領(lǐng)域具有比較長的應(yīng)用經(jīng)驗，主要包括美國Powerflame, 美國強生，美國IC，英國利普菲德Limpsfield燃燒器等。同時從燃燒穩(wěn)定性的角度考慮，對于采用FGR 技術(shù)的低氮燃燒器，需要特別關(guān)注FGR 煙氣再循環(huán)比例，過大的比例意味著燃燒極易不穩(wěn)定，或者對于設(shè)備的技術(shù)和控制水平有比較苛刻的要求。