如何選擇低氮燃燒器

北京市將在2017年4月1日正式施行比較嚴苛的鍋爐氮氧化物排放標準, 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的產生主要來自空氣中的氮氣和過量氧氣產生的熱力型Nox，熱力型NOx的產生和燃燒的溫度呈指數型關系，通常在燃燒溫度高于1000攝氏度的時候開始產生，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排放和溫度的關系，其中熱力型Nox的溫度關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：

1. 電子比例調節和氧含量控制技術；來精確控制氧含量；
2. FGR煙氣再循環技術，來降低火焰溫度和氧含量；
3. 全預混的表面燃燒技術來降低火焰溫度和實現充分燃燒；

 
上述技術中1通常是低氮燃燒器的必須配置；基于上述技術，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將NOx在全火范圍內控制到65毫克，極限大約在40毫克左右，進一步降低NOx排放可能導致燃燒不穩定，或者犧牲可調比等弊端；
 
表面燃燒超低氮燃燒器通常能夠將NOx在全火范圍內控制到30毫克以內，其優點是安裝簡單，不需要FGR煙氣再循環管道；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超低氮燃燒器結合了表面燃燒的NOx控制優點和FGR降氧含量優點，可以實現在全火范圍控制NOx到20毫克水平，同時控制氧含量在3%以內，比較大化燃燒效率。其主要短處是設備成本提高。
 

低氮燃燒器選擇考慮的主要參數

NOx 排放

必須滿足國家和地方的環保排放要求，在滿足要求的前提下，從企業的社會責任角度出發，盡量應該選擇NOx排放更低的設備；

尾氧含量

為了達到充分燃燒的極限過剩空氣系數為大約1.1, 對應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；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。對于常年運轉或者設備長期在較高負荷運轉，天然氣消耗量比較大的業主，選擇一款尾氧含量低的燃燒器對于降低運行成本至關重要。

可調比

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

其它主要考慮因素

燃燒穩定性是選擇低氮燃燒器的主要考慮因素，包括設備本身的可靠性。由于在北京實施低氮標準之前，全世界范圍內實施低氮標準的區域主要在美國，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域具有比較長的應用經驗，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。同時從燃燒穩定性的角度考慮，對于采用FGR 技術的低氮燃燒器，需要特別關注FGR 煙氣再循環比例，過大的比例意味著燃燒極易不穩定，或者對于設備的技術和控制水平有比較苛刻的要求。