Summary：近年来，随着全球工业水平的高速发展，在提高人们生活水平的同时也对环境造成了严重的污染。煤炭的燃烧不仅会对产生大量的煤尘、粉尘，而且还会产生二氧化碳、硫化物以及氮氧化物等有害气体，对环境造成极大的污染。燃煤锅炉的主要燃料为煤炭，针对煤炭燃烧过程中产生的氮氧化合物的治理主要采用烟气脱硝和炉内燃烧脱硝两种方式进行，也就是低氮燃烧。但是，由于低氮燃烧在实际应用处于初级阶段，该项技术的应用还会对燃煤锅炉造成一定程度的负面影响。

　　随着我国经济社会的快速发展，因大规模使用化石能源造成的大气污染问题日趋严重，“双碳”目标、可持续发展等政策导向也要求各地不断提高锅炉等热能设备的大气污染物排放控制要求。锅炉行业的低NOx排放技术，逐渐成为重要的技术发展方向，全国各地、各行业不断推动锅炉低氮燃烧技术研究，低氮燃烧器更新改造项目逐步开展与实施。

　　本文所研究燃煤锅炉为600MW，在实际生产中配置了6套直吹制粉系统和30只旋流燃烧器；该型燃煤锅炉采用对冲燃烧方式应用。

　　该燃煤锅炉配套的炉膛的长度为22187.3mm，宽度为15747.3mm，高度为63950mm。燃烧器为燃煤锅炉的关键部件，该燃煤锅炉的燃烧器分三层进行布置，燃烧器的基本结构。

　　非低氮燃烧器以燃料充分燃烧为主要目的，火焰形状为坚挺的细长状，由于火柱较长，燃烧温度较高，空气中的氮气在1800K以上时会产生热力型NOx。而低氮氧化物排放的燃烧技术，需要缩短火柱长度，降低燃烧温度，其火焰形状为短粗状，为了把NOx降低到30mg/m3以下，一般采用旋流分级燃烧+内循环+烟气外循环耦合技术。

　　本锅炉原设计为非低氮的细长火焰，炉胆内中后部温度较高，因此锅筒内采用了尾部下端回水，尾部上端出水的进出水结构，基本能够达到水力和热力的平衡，不会导致炉胆过热。

　　而更换成低氮燃烧器后，由于火焰形状变成短粗，一方面火焰可能会掠过炉胆内壁，造成内壁温度超过设计温度，另外炉胆内的温度中心迁移，但是锅筒内的水流布置未作设计变更，并且锅筒内未设置进出水纵向布水管，大部分水流为后进后出，锅筒前部缺水或水循环缓慢，造成炉胆中前部过热。

　　经化验和检查，虽然循环水硬度存在超标，烟管和炉胆存在泥渣，但这些泥渣位于锅炉中部和尾部，与炉胆的塌陷变形位置靠前没有吻合，因此硬度超标不是炉胆塌陷变形的主要原因。

　　再循环烟气带水是不可避免的，燃煤锅炉燃烧产物主要为二氧化碳，而天然气主要成分甲烷体积占比一般为93%以上，每燃烧一个甲烷分子，会产生两个水分子和一个二氧化碳。因此在过量空气系数为0时，烟气中水气含量接近21%，返回的烟气遇到冷风时，不可避免会析出凝结水，一方面会使熄火保护火焰传感器频繁接收不到火焰信号，造成频繁熄火，另外会造成炉胆下部积水，使下部温度远低于火焰烘烤的上部，造成炉胆上部高温部位受压失稳，形成塌陷。

　　分级燃烧或者烟气再循环都属于低NOx燃烧控制技术，若单独使用其降氮效果不足以满足日趋严格的排放标准要求。为了平衡燃烧效率与排放特性，在实际应用中往往将这两种技术手段联合使用，不仅降低了炉内燃烧温度，同时也降低了氧气的分压，从而使热力型NOx在原有的基础上进一步降低，以达到NOx排放在标准限值要求以内。该项技术在有效减弱NOx生成的同时CO也几乎不产生，因此目前被广泛使用。有学者研究发现分级燃烧加烟气再循环可以减少70%的NOx生成，其中对NOx控制效果起关键作用的是循环烟气量，循环量从安全和经济两方面考虑在10%～30%。

　　分级燃烧+烟气再循环(FGR)可以广泛应用于燃气锅炉的新建或改造项目。这种技术方案工程实施可行性较强，仅需更换采用分级燃烧的低氮燃烧器，再加装一根烟气循环管道，且仅有一次投资费用，运行维护费用低。在设备选型时，应对改造锅炉的基本情况(炉膛尺寸、背压等参数)与燃烧器性能的匹配情况进行综合分析，充分预判各类因素对于改造结果的影响。这种方案适用于较大容量燃气锅炉低氮改造，承压锅炉低氮改造一般优先选择此种方案实施。在实际应用中，这种方案主要存在冷凝水多影响火焰监测器正常工作、烟气再循环率不当引起“喘振”甚至脱火、锅炉出力有所降低、NOx排放不稳定等负面影响。

　　工业燃气锅炉一般不做风的预热，对于冬季运行的供热锅炉，即使从冷凝器前的高温部位抽取烟气，遇到冷空气后也很难避免凝结水的析出，部分改造者在回流烟气管上安装带阀门的排水管，要求运行人员定期开阀排水，一方面较细的排水管容易发生腐蚀堵塞、管子穿孔漏烟、阀门泄漏等，另外很难保证供暖运行人员按照固定周期排水。

　　除水的最佳方法是在循环烟管上加装冷凝式自动排水装置，使再循环烟气进入新风口时处于基本干燥状态，此冷凝式自动排水装置应该成为FGR低氮改造者研发的新技术产品。

　　低氮改造现场更换低氮燃烧器之后，继续保留原锅炉控制模块，只需替换旧燃烧器控制系统，并与锅炉控制部分进行对接。并且要根据新增的烟气外循环系统对锅炉控制逻辑要求升级改造，并进行相应的调整试验。同时需满足以下基本技术要求：(1)电缆连接。所有电气线缆的连接必须由专业的电工按照相应的规范进行，现场电缆铺设需综合考虑走线方式，保证控制线缆和电源线缆之间的距离符合规范要求，避免引起信号干扰；(2)绝缘与绝热。电气设备应有足够的绝缘电阻、介质强度、耐热、防潮湿、阻燃性等性能；(3)强度与接地。电气设备应具有足够的机械强度、良好的外壳防护和稳定性，以及适应运输的结构。外部导电部件应可靠保护接地，接地电阻不大于4Ω。

　　低氮改造后炉胆塌陷的主要原因是火焰形状改变，造成火焰与炉胆形状不匹配和水循环不良，因此其主要防范措施一方面是重新设计锅炉结构，增加炉胆直径和壁厚、缩短炉胆长度，另外应重新进行锅炉内部水循环计算。

　　依靠降低燃烧温度的低氮改造技术势必会降低热交换效率，即降低锅炉燃烧效率，如果保证锅炉出力不变，势必应增加燃烧器热功率。

　　由于炉胆（炉膛）内烟气总量增加，同时烟气温度降低会降低烟囱抽力，因此烟风阻力增大，增大的烟风阻力需要更高风压的风机。

　　对原有锅炉只作烟气再循环改造不是成功的改造，综合考虑燃烧空间、水流循环和风机匹配的整体锅炉设计方是低氮改造的正确途径。

　　燃煤锅炉作为工业生产中常用的设备，燃烧器在燃烧煤炭时会产生粉尘、一氧化碳、硫化物以及氮氧化物等有害物质对环境造成污染。低氮燃烧技术可以有效降低燃煤锅炉生产时排放处的一氧化碳、氮氧化物等有害物质。本文以燃煤锅炉为研究对象，结合其实际生产工况对其进行低氮燃烧改造，并对改造后的效果进行验证得出：低氮燃烧改造不仅能够得到降低氮氧化物的排放量，而且不会对燃煤锅炉原热力性能造成影响。

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　　[2]朱禹洲、张青鹏、侯翠翠，燃气锅炉低氮改造后常见故障原因分析及应对措施，燃气技术[J],2020,1,P13-17.

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