摘  要：為了使某單位2臺75 t/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≤40 mglms，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≤200 mglNm{，CO質量濃度≤100 mglNms，SO，質量濃度≤100 mglNms.

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一．2 014年我國新修訂的《鍋爐大氣污染物排放標準》( GB 13271 2014)規定氮氧化物排放限值不能高于400 mglm3[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2 290 t／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600 MW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75 t/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75 t/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4.2 MPa；主汽溫度450℃；主汽壓力3. 82 MPa；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≤1 60℃．

    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. 022 MW，燃料氣壓力0.02--0. 10 MPa.

    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50 mglNd，SO：質量濃度不大于100 mglNd，Nq質量濃度不大于400 mglNd[2].鍋爐在油氣混燒時，煙氣中NO，超標，質量濃度一般

在600 mg/Nm3左右，S02質量濃度在80 mg/Nd左右，排煙含塵質量濃度在40 mglNms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%

≤20 mg/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

 41 769 kj,/kg

34 192 kj/Nms

    常壓渣油溫度90℃，熱值41. 84 MJ/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%,C2 H6 3.26%,Cs H8 0.63%,H2S O.59%,雜質等0. 17%，合計100%；體積熱值35 057 kj/Nm;3．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�？諝饬咳紵�，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1 450℃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、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優勢．

    鍋爐燃料使用天然氣，燃燒機改造為低氮型燃氣燃燒機，燃料消耗量從7 136. 75 Nm3／h減少到6 768. 35 Nm'z／h，減少了約5.1%，并且大大減少了煙塵、S()：的排放．其中煙塵質量濃度≤40 mglmz；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≤200mg] Nm3，與改造前相比，Nn質量濃度降低約67%；CO質量濃度≤100 mglNm:3；S02質量濃度≤100 mglNm。．可以大犬減輕對環境的污染，實現清潔燃燒，改善空氣質量，能滿足環保要求．

 

生物質燃燒機

生物質顆粒燃燒機

木片燃燒機

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鋸末燃燒機

燃燒機

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