摘要： 通過(guò)對(duì)4#鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器及煙氣再循環(huán)進(jìn)行技術(shù)改造,使鍋爐氮氧化物的排放達(dá)到了超低排放要求.取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益.
1 鍋爐基本狀況
唐鋼南區(qū)4# 鍋爐是唐山鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的TG-130/3.8-Q 型中壓（3.8 MPa）、中溫（450 ℃）自然循環(huán)鍋爐。鍋爐整體布置為前吊后支的“Π”型布置。
煤氣燃燒系統(tǒng)由旋流式噴燃器和爐膛蓄熱穩(wěn)燃器組成。燃燒器四角布置，火焰假想切圓直徑為穩(wěn)燃器外圓。煤氣燃燒器分上、中、下三層布置，每個(gè)高爐煤氣燃燒器內(nèi)均配有焦?fàn)t煤氣噴管，噴管直徑∮89，用于點(diǎn)火、穩(wěn)燃。中、下層每只燃燒器均布置有1 支焦?fàn)t煤氣槍和1 支高能點(diǎn)火槍。
1.1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)
鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
設(shè)計(jì)蒸發(fā)量(D): 130 t/h;
汽包壓力(P): 3.82 MPa;
蒸汽壓力(P): 3.82 MPa;
蒸汽溫度(t): 450 ℃;
給水溫度(tg): 150 ℃;
給水壓力(Pgs): 4.6 MPa;
熱風(fēng)溫度(trk): 370 ℃;
排煙溫度(tpy): 155 ℃;
設(shè)計(jì)送風(fēng)量(Q主): 105261 m3/h;
煙氣體積(Qy): 361161 m3/h。
1.2 鍋爐基本尺寸
鍋筒標(biāo)高: 28880 mm;
最高點(diǎn)標(biāo)高: 32600 mm;
爐膛寬度(兩側(cè)水冷壁中心線距離): 6336 mm;
爐膛深度(前后水冷壁中心線距離): 6336 mm;
鍋爐寬度(左右柱中心線距離: 9300 mm;
鍋爐深度(Z1 柱尾部后墻中心): 15220 mm;
鍋爐最大寬度(包括平臺(tái)): 15000 mm;
鍋爐最大深度(包括平臺(tái)): 18660 mm;
鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高: 8000 mm。
1.3 鍋爐燃料用量（表1）
1.4 煤氣熱值
煤氣熱值的檢測(cè)值如下：
高爐煤氣：3631 kJ/m3；
轉(zhuǎn)爐煤氣：6379 kJ/m3；
焦?fàn)t煤氣：16545 kJ/m3 。
1.5 煤氣主要成分（表2）
2 燃燒器
2.1 以爐膛整體為低氮設(shè)計(jì)單元
多燃燒器爐膛的燃燒器運(yùn)行時(shí)，相互之間存在除火焰接觸之外的相互影響和關(guān)聯(lián)，尤其是對(duì)于低氮燃燒來(lái)講，多燃燒器爐膛的清潔燃燒理念和單燃燒器爐膛清潔燃燒既有相通之處，又不能完全相同。燃燒器低氮改造方案以整個(gè)爐膛為整體燃燒單元，從整個(gè)爐膛的角度進(jìn)行低氮設(shè)計(jì)。鍋爐上、中、下三層燃燒器選取不同技術(shù)原理的低氮燃燒器，在不改動(dòng)水冷壁的前提下，實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐膛協(xié)調(diào)燃燒。從燃燒氛圍的角度出發(fā)，從下往上三層燃燒區(qū)域及SOFA 風(fēng)區(qū)域分別設(shè)計(jì)為還原性燃燒區(qū)域、弱氧化性燃燒器區(qū)域和強(qiáng)氧化性燃燒區(qū)域。（圖1）
下層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅰ型半預(yù)混強(qiáng)旋流燃燒器。保證在還原性氣氛下，燃料和助燃風(fēng)混合均勻，盡量避免出現(xiàn)局部氧化性的氛圍，從而有效地抑制NOx 的生成進(jìn)程。
中層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅱ型弱旋流分級(jí)配風(fēng)燃燒器。通過(guò)分級(jí)配風(fēng)，控制燃燒過(guò)程中火焰各位置的燃燒劇烈程度，避免出現(xiàn)局部的氧濃度過(guò)高的區(qū)域，從而抑制NOx 的生成。
上層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅲ型直流分級(jí)配風(fēng)燃燒器。通過(guò)分級(jí)配風(fēng)，控制燃燒過(guò)程中火焰各位置的燃燒劇烈程度，避免出現(xiàn)局部的氧濃度過(guò)高的區(qū)域，從而抑制NOx 的生成（見(jiàn)圖2），同時(shí)為下中層為完全燃盡的燃料及中間產(chǎn)物提供助燃空氣，保證燃料燃盡率。
根據(jù)NOx 的生成和抑制原理，在還原性氣氛下，NOx 或中間產(chǎn)物被還原成N2。因此在還原性燃燒區(qū)域只會(huì)生成微量的NOx。隨著燃燒反應(yīng)的進(jìn)程，下、中層燃燒區(qū)域生成大量的煙氣，隨爐膛向上流動(dòng)，很大程度的稀釋了上層燃燒區(qū)域的氧濃度，雖然該區(qū)域空燃比大于一，但由于氧濃度很低，所以NOx 的生成進(jìn)程也得到了很好的抑制，NOx 的生成量也很小。
2.2 高效低氮燃燒器
同樣，每一臺(tái)燃燒器本身也按照高效低氮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。燃燒器采用高效低氮低熱值燃?xì)馊紵鱈CRS-2。
燃燒器主燃料為高爐煤氣、點(diǎn)火燃料為焦?fàn)t煤氣。煙氣中有害成分包括游離碳和NOX 兩部分。
LCRS-2 型燃燒器主要是通過(guò)采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的旋流葉片使空氣和煤氣以合適的強(qiáng)度混合均勻，避免游離碳的生成。降低燃燒過(guò)?？諝庀禂?shù)和火焰溫度是減少NOX 的有效措施。通過(guò)強(qiáng)化燃料與空氣的混合來(lái)降低過(guò)?？諝庀禂?shù)；通過(guò)分級(jí)分段配風(fēng)控制火焰各區(qū)域的氧濃度和溫度，從而實(shí)現(xiàn)減少NOX 的生產(chǎn)量。
同時(shí)燃燒器各部分流體旋流裝置的設(shè)計(jì)充分考慮爐膛的結(jié)構(gòu)尺寸，在保證混合均勻的前提下，按照爐膛截面尺寸設(shè)計(jì)旋流裝置的旋流強(qiáng)度，控制混合的進(jìn)程，既保證混合均勻，又保證火焰在整個(gè)爐膛內(nèi)的充滿度良好，避免局部溫度峰值的出現(xiàn)，可以大大的降低NOx 的生成。
焦?fàn)t煤氣噴槍布置于燃燒器的中心軸線上，噴槍外圍設(shè)置旋流葉片式穩(wěn)燃裝置，保證可靠點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒。穩(wěn)燃裝置和噴槍槍頭均采用耐熱鋼制作，保證燃燒器的使用壽命。（見(jiàn)圖3）
2.3 SOFA 風(fēng)系統(tǒng)
根據(jù)鍋爐整體燃燒工況，本次改造在主燃燒器上方增加燃盡風(fēng)；每只燃盡風(fēng)裝置可以獨(dú)立運(yùn)行，4只燃盡風(fēng)風(fēng)量占總風(fēng)量的15%~20% 左右。燃盡風(fēng)裝置設(shè)有氣流旋向可調(diào)裝置，熱態(tài)調(diào)試時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)確定合適位置；通過(guò)燃盡風(fēng)的補(bǔ)充熱風(fēng)，加強(qiáng)煙氣混合，促進(jìn)已經(jīng)生成的氮氧化物一部分得到還原。同時(shí)氣流擾動(dòng)，促進(jìn)未燃盡燃料的燃燒也起到增強(qiáng)氣溫調(diào)節(jié)的作用。
燃盡風(fēng)噴口示意圖見(jiàn)圖4。
燃盡風(fēng)風(fēng)源取自主熱風(fēng)道，新增風(fēng)道配獨(dú)立風(fēng)門，燃盡風(fēng)風(fēng)門可配電動(dòng)（或氣動(dòng)）執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行器控制部分需新增控制系統(tǒng)接控制室DCS。風(fēng)門可以單個(gè)操作，也可同層同操。
2.4 煙氣外循環(huán)系統(tǒng)
考慮到鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況及鍋爐特殊的結(jié)構(gòu)形式，本次改造項(xiàng)目鍋爐因）在鍋爐中心位置設(shè)計(jì)有穩(wěn)燃用的蓄熱錐，為保證在高負(fù)荷及煤氣組分波動(dòng)較大的工況下，NOx 排放滿足環(huán)保要求，需從鍋爐尾部抽取低溫?zé)煔庖胫硷L(fēng)管道，與助燃風(fēng)充分混合然后進(jìn)入燃燒器風(fēng)箱，煙氣與燃燒空氣混合后O2濃度下降至18%～20%，火焰溫度降低100 ～ 150 ℃，采用本方法可將NOx 排放量在原有基礎(chǔ)上降低50%～70%。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)需增設(shè)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)、煙氣調(diào)節(jié)閥、煙氣流量計(jì)等設(shè)備，在不同負(fù)荷根據(jù)最佳燃燒工況要求合理精確調(diào)整混入煙氣量。
3 實(shí)施效果及效益
低氮燃燒器+SOFA 風(fēng)+煙氣外循環(huán)的多重低氮措施，正常工況下NOx 排放值始終小于30mg/m3。該項(xiàng)目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，在行業(yè)中具有推廣價(jià)值。
