蒸汽锅炉低氮排放改造实施方案利雅路 氮氧化物小于50mg.docx

蒸汽锅炉低氮排放改造实施方案利雅路 氮氧化物小于50mg.docx

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蒸汽锅炉低氮排放改造实施方案利雅路氮氧化物小于50mg

锅炉低氮（50mg）排放改造实施方案

一、项目概况

锅炉房现状：

锅炉房内现有一台1T饱和蒸汽锅炉在用，为烟囱直排，锅炉型号为*****，制造商为xxxxx有限公司。

锅炉情况如下：

序号

锅炉名称

锅炉型号

数量（台）

燃料类型

锅炉蒸吨数

改造方式

改造企业名称

总投资

拟补助资金

1

蒸汽锅炉

*****

1

天然气

1t/h

低氮燃烧改造

总计

二、项目实施的必要性

本次锅炉低氮改造，主要响应DB50/658—2016《锅炉大气污染物排放标准》**市地方标准第1号修改单，现有锅炉位于锅炉房内，锅炉尾气氮氧化物排放浓度满足现执行标准要求，约120mg/m3，拟将该饱和蒸汽锅炉改造后，使氮氧化物排放量＜50mg/m3。

三、污染现状以及处理工艺

（一）污染现状

锅炉低氮燃烧改造共1台，锅炉型号为*****，锅炉燃料为天然气，天然气燃烧产生氮氧化物污染物。

（二）处理工艺

通过使用超低NOx燃烧器，增加烟气外循环设计，实现氮氧化物＜50mg/m3排放标准。

1、NOx成分分析及产生机理：

在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮氧化物通称为氮氧化物NOx。

大量实验结果表明，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占95%，而NO2仅占5%左右。

燃料燃烧过程生成的NOx，按其形成分类，可分为三种：

（1）热力型NOx（Thermal NOx），它是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx；

（2）快速型NOx（Prompt NOx），它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOx；

（3）燃料型NOx（Fuel NOx），它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的NOx；

其中，锅炉尾气中NOx主要是热力型NOx。

从图中可以看出，当锅炉炉膛温度超过1500℃时，热力型氮氧化物（NOx）急剧增加；当锅炉炉膛温度低于1200℃时，热力型氮氧化物基本不产生，因此，欲降低锅炉尾气中的NOx，主要就是降低锅炉炉膛温度，抑制热力型NOX的产生。

2、降低NOx的燃烧技术：

NOx是由燃烧产生的，而燃烧方法和燃烧条件对NOx的生成有较大影响，因此可以通过改进燃烧技术来降低NOx，其主要途径如下：

（1）选用N含量较低的燃料，包括燃料脱氮和转变成低氮燃料；

（2）降低空气过剩系数，实现欠氧燃烧，来降低燃料周围氧的浓度；

（3）在过剩空气少的情况下，降低温度峰值以减少“热反应NO”；

（4）在氧浓度较低情况下，延长燃烧时间，增加可燃物在火焰前峰和反应区中停留的时间。

在目前低氮燃烧改造过程中，主要采用烟气外循环技术和预混表面燃烧技术，由于预混表面燃烧对环境要求极高，需要洁净空气助燃，否则会发生爆炸风险，有鉴于此，北京、天津和成都都严禁使用预混表面燃烧技术，因此，本次改造技术路线拟采用烟气外循环技术。

3、FGR技术：

在锅炉的烟道抽取（自吸或强制）一部分低温烟气与空气混合后送至燃烧室助燃，混合后的助燃风可以有效降低燃烧室内温度和氧量浓度。

由于燃气与氧气的燃烧反应活化能远远小于氧气与氮气的反应活化能，所以燃气首先与氧气发生燃烧反应，当氧气有剩余时，燃气才与氮气反应生成NOX。

另外，烟气中含有CO2，延长了燃烧反应时间，降低了反应区火焰温度，较低的反应区温度使得与氮气的的反应变得非常缓慢，从而有效抑制热力型NOX的生成。

4、利雅路FGR燃烧器的设计：

由于烟气FGR混合到助燃空气中，混合后空气温度升高和相对体积增加，相当助燃空气体积会增大很多，会造成燃烧器旋流器前压力降升高，使得空气离开旋流器速率增加，造成火焰不稳定局面，这个问题只有通过燃烧器专门设计才可以避免。

通常情况，随着旋流器前压力增加，旋流器速率增加，火焰应该变长，但我们一般在炉膛可能会看到的现象是FGR增加并没有造成炉膛火焰变长，主要是由于燃烧器旋流器出口空气绕流速率增加，造成空气与燃料气混合速率也同时增加，反而使火焰变小并导致火焰不稳定！

因此我们说多少FGR比率合适，要考虑燃烧器设计型号的相应变更，或者专门进行燃烧器RDL（Registerdraughtloss）的设计，以保证有效的助燃空气离开旋流器的绕流速率。

注意：

我们在烟气循环以后，燃烧器旋流风速在增加，但是其燃料气速率没有变化，这个燃烧器需要专门的设计！

现在很多是粗放型的，只进行一下FGR配置来降低NOx排放，这是非常不科学的，会造成燃烧很不稳定。

由于FGR的引入，如果不对燃烧器的旋流器进行专门设计，会造成燃烧时不稳定，导致不定期熄火，同时如果引入的烟气量过大，还会出现喘震、锅炉及烟道震动增大，炉膛防爆门动作和异响、出力和效率下降等，严重的会引起安全事故，因此，在采用FGR降低氮氧化物排放时，必须对燃烧器旋流器进行专门设计。

利雅路80mg/Nm3燃烧头旋流器利雅路80mg/Nm3燃烧头旋流器

四、利雅路低氮燃烧器介绍

1、利雅路公司介绍

在燃烧器行业中，利雅路公司是一家令人尊敬的企业。

在世界同业中，他的销售数量以及市场占有率，居世界同业之首，连续10年全球销量排名第一。

意大利利雅路股份有限公司成立于1922年。

发展至包括七个品牌、50多项专利技术的锅炉、空调和燃烧器三大系列产品，从产品的研发与生产到销售及服务。

并通过ISO质量体系认证UNIENISO9001：

Vision2000。

利雅路集团作为专业燃烧器生产厂家至今已有100年的生产历史，在燃烧器产品的生产和研发中积累了丰富的经验。

多年来，利雅路集团以其雄厚的实力始终引领燃烧技术领域的革新与进步，利雅路集团拥有世界最大和最为先进的燃烧实验室，拥有一只专业的研发技术队伍。

在产品的研发和生产上一直处于世界领先地位。

利雅路在全球拥有三个生产基地，分别在意大利、加拿大和中国。

2009年利雅路公司在上海成立独资工厂，厂区面积超过20000平方米，拥有现代化实验室，可以测试各类燃烧器。

该平台同时也作为培训基地，对燃烧器调试人员进行专业培训。

欧洲EN676对气体燃烧器NOx排放的三级排放标准是80mg/m3，全球最严格的NOx排放要求在美国加州，南加州（SouthCoast）及湾区（BayArea）的NOx排放浓度最高要求是低于18mg/Nm3（30t/h以下锅炉）。

利雅路早在上世纪1980年就在利雅路加拿大北美燃烧器工厂专门为北美市场生产低氮氧化物型燃烧器。

也正是得益于利雅路在北美市场几十年的低氮燃烧器生产历史，以及意大利Angiari燃烧技术研发中心（业界公认的强大研发力量），使得利雅路低氮系列燃烧器，包括全预混燃烧器以及烟气外循环燃烧器，几十年来在全球各地市场一直保持着领先地位，是全球最早进行低氮燃烧技术研发和应用的企业。

作为全球知名企业，利雅路公司有义务自觉遵守环境法律,法规，在其生产,经营活动中考虑其对环境的影响,减少环境负荷，同时增强企业员工的环境意识，让员工生活幸福，身体健康，利雅路公司通过了环境体系和职业健康安全认证。

2、利雅路RS系列低氮燃烧器特点

2.1燃烧管理系统（BMS）功能

（1）燃气压力异常保护：

燃气压力高、低都将产生报警信号，并停止点火过程；

（2）风压异常保护：

风压压力低将产生报警信号，并停止点火过程；

（3）泄漏保护：

发现燃气泄漏，则产生报警信号，停止燃烧启动过程；

（4）熄火保护：

当火焰检测发现熄火时，产生报警信号，停止燃烧过程；

（5）点火失败保护：

点火枪或主火点火失败，产生报警信号，停止点火过程；

（6）火检故障保护：

点火前火检检测到有火，产生报警信号，燃烧停止启动过程

（7）BMS与DCS采用点对点的硬连接和通讯连接。

（8）燃烧运行程序：

启动→检漏→前吹扫→点火→正常运行→后吹扫→停炉

2.2燃烧器采用电子比例调节：

系统调节空气/燃气比，由三个执行器分别控制调节风门、燃气流量和烟气循环量，实现充分燃烧。

2.3燃烧器均采用高灵敏度UV紫外光火焰检测装置，提供安全可靠性；

2.4采用电子点火装置，另设单独点火气体管路，保证点火成功率。

2.5拥有专利技术的燃烧头，仅需少量的烟气循环量即可达到超低氮排放要求。

2.6优秀的三低技术（低能耗、低排放、低噪音），更加节能和环保。

2.7利雅路燃烧器助燃风机采用具有专利技术的反向前曲叶轮设计，同等情况下，噪音较其他品牌燃烧器低约5分贝左右。

2.8安全、高效的控制系统：

2.9防冷凝水设计

3、利雅路燃烧器低氮技术介绍

3.11、降低过量空气系数α

3.2空气燃料分级分段燃烧技术

独特的燃烧头设计，在燃烧器总供风量不变的前提下，把空气和燃料从轴向和径向分级分层送入喷嘴，使燃烧产生中心、轴流、旋流等多个区域。

中心燃烧区域燃料处于缺氧状态，未完全燃烧的燃料在向外围扩散时遇到空气再次燃烧。

这种分级分段燃烧可以降低火焰温度的峰值及平均值，从而降低NOX的产生。

3.3烟气内循环技术

燃烧温度的降低可以通过在火焰区域加入烟气来实现，加入的烟气吸热从而降低了燃烧温度，同时也降低了氧气的分压，延缓了NOX的生成。

3.4新型电子比例调节技术

采用更精确的电子比例调节技术，由三个伺服机构独立控制燃气、空气和烟气循环量，能够更出色地调节每个燃烧点上的过量空气系数，保证一贯的高效能燃烧工况。

3.5烟气外循环技术

在锅炉的烟道抽取（自吸或强制）一部分低温烟气与空气混合后送至燃烧室助燃，混合后的助燃风可以有效降低燃烧室内温度和氧量浓度。

由于燃气与氧气的燃烧反应活化能远远小于氧气与氮气的反应活化能，所以燃气首先与氧气发生燃烧反应，当氧气有剩余时，燃气才与氮气反应生成NOX。

另外，烟气中含有CO2，延长了燃烧反应时间，降低了反应区火焰温度，较低的反应区温度使得与氮气的的反应变得非常缓慢，从而有效抑制热力型NOX的生成。

原理如下：

五、项目工程方案

1、概述

低NOx燃气燃烧器采用先进的燃烧技术，参照相关标准设计制造的新型机电一体化全自动低氮燃烧器，具有超低排放、燃烧效率高、运行平稳噪音低等特点。

要使燃烧器达到其最佳工作性能，安装符合要求至关重要。

不合格的安装会导致燃烧器工作时火焰歪斜、燃烧震动、噪音大及排放不达标等后果，严重时还会影响锅炉及燃烧器的使用寿命。

燃烧器的安装主要包括：

燃烧机本体（含风机）安装、燃气阀组安装、风道安装（如需要）、烟气管道安装、电气安装等，改造项目还需增加旧燃烧器的拆除、锅炉炉口改造、循环烟气取烟口设置及烟管走向等工作。

施工工序如下：

2、燃烧器本体的安装

按照现场实际情况，结合燃烧器的外形尺寸，确定烟气管道、燃气管道的走向布置。

根据锅炉的型式及燃烧方式确定燃烧器的安装方式。

燃烧器在循环烟气管道安装时，管道应设置保温，同时在最低点设置排水口，以免长时间运行后冷凝水积聚在燃烧器机壳内（机壳设有排水口），影响设备正常工作。

先把挂有吊链的龙门架立在锅炉前燃烧器安装的位置，用地牛把设备运至锅炉前，用钢丝绳把设备挂在的吊钩上，缓缓起吊，燃烧器火焰管的中心线与锅炉炉口的中心线重合时，慢慢将燃烧器推进锅炉炉口。

对准锅炉前板上的螺栓孔与燃烧器安装法兰孔，用水平尺对燃烧器找平，找正，最后拧紧固定螺栓，将燃烧机固定在锅炉上。

燃烧器安装好后，循环烟管和进烟管接口安装膨胀节。

燃烧器与锅炉接口安装，特别需要注意的是：

燃烧器火焰管与锅炉用接口安装孔之间的间隙必须用保温棉塞紧填实，口边用混凝土抹平，以防止烟气会窜造成燃烧器安装板处高温。

如果炉墙厚度比火焰管长度大很多，则应该在多出的部分开出单边不小于60°（双边角度不小于120°）锥角，防止扩口太小时火焰烧坏保温材料，同时还会影响燃烧效果。

3、烟气管道安装

FGR循环烟气的温度不易太高和过低，烟道上取烟口的位置很重要。

通常情况，烟温在120-150℃区间效果最佳，烟温超过170℃后，氮氧化物降不下来，烟温低于90℃，将有大量冷凝水产生。

当烟温在120-150℃时，烟气与新风混合后的助燃风温度在35-55℃之间，有利于降低氮氧化物，同时避免了大量冷凝水产生。

如果烟温超过170℃，必须在烟囱上加装节能器，将烟温降下来。

烟气再循环FGR管采用不锈钢管，管壁厚度要求按管径的国标要求。

烟气再循环FGR接口取自锅炉出烟口，再循环管深入锅炉烟道中心位置，再循环管进烟口在迎风面位置45度切口。

每台燃烧器的FGR管路最多有5个90度弯头，总长度不超过20米。

整个FGR管路做保温处理以减少冷凝水的产生。

FGR管进入燃烧器前，必须在FGR管的最低位置做冷凝水排水管，排水管口径为DN15,2个180°弯头，向下的排水管长度要大于300mm，并引至排水沟。

FGR管内烟气为高温，为防止热胀冷缩，燃烧器与FGR管之间需加装补偿器。

同时为防止散热过大使烟温过低，整个FGR管路做50mm厚度保温处理以减少冷凝水的产生。

焊接时采用角接焊接连接，满焊，焊角高度8mm。

焊接时为减小焊接变形，采用分段交错焊接，即焊接50mm长度后换位置只对面焊接，如此反复直至焊接完毕。

焊接工作由持有技术监督局发证的焊工进行操作。

烟气管道安装特别要注意以下几点：

1）烟气取口不宜取在水平排烟管道的底部；

2）烟气管道需保温处理；

3）烟气管道弯头不宜过多，一般不超过四个；

4）烟气管道需可靠支撑，不能将分量全部压在锅炉、燃烧器或风机上；

5）烟气管道最低位置应设置排水口；

6）烟气管道口径需大于燃烧器烟气蝶阀口径；

7）烟气入口管道做45°切口处理，开口朝向烟气源头的方向（与烟气流向相反）

8）烟气管道在尽量靠近烟气蝶阀的位置缩径至蝶阀口径大小，大小头建议使用偏心大小头，以便冷凝水聚集排出；

9）烟气管道两端的相对低点均需设置冷凝水排放口，冷凝水排放口建议做成水封式，水封最高点低于烟气管道最低点，以便冷凝水随时排出；

10）烟气管路上在靠近燃烧器或风机处需设置补偿器或软连接，避免硬连接。

4、电气安装

将控制柜内线路引入燃烧器，完成控制柜与燃烧器之间的电气布线与接线，原操作方式不变。

5、燃烧器调试

1、检查各部件的安装是否正确；

2、检查各部件的动力和控制线接线，确保符合电气线路图要求；

3、通入燃气，最好使用氮气先充满燃气阀组，然后再通入天然气置换氮气；

4、冷态调试燃烧器各部件功能动作，使燃烧器各部件动作、功能符合运行要求；

5、点火，按要求进行热态调试直到燃烧器完全符合自动控制要求；

6、将烟气分析仪投入测试，调整供风量和烟气量，直到NOx排放至符合要求；

7、燃烧器运行考核，一般48小时大小火不间断连续运行；

8、操作知识和安全操作规程培训。

六、项目预期绩效

节能减排：

降低了排烟温度，节约了能源；氮氧化物污染物排放浓度由120mg/m3降为50mg/m3，按现有排放量基础上减排60%，计算出每年污染物氮氧化物排放量减少0.4433t；改造项目预计10月份开始，11月份完成。

减排量详见下方表格。

锅炉

数量

风量（m3/h*台）

日运行时间（h）

年运行时间

（d）

改造前排放浓度（mg/m3）

改造前排放量（t/a）

改造后排放浓度（mg/m3）

改造后排放量（t/a）

1T蒸汽锅炉

1

960

20

330

120

0.76

50

0.3167

锅炉改造后，运行稳定，炉膛压力稳定，主蒸汽压力、主蒸汽温度达到设计要求。