小型蒸汽锅炉低氮燃烧器浅谈

摘 要：面对国内日益严苛的氮氧化物排放标准和迫在眉睫的低氮改造需求，急需一种新型低氮燃烧器，该燃烧器通过燃烧方式的重新组织优化，较少高温火焰面，降低燃烧生成的氮氧化物，实现燃料的清洁、高效燃烧以及锅炉烟气的低排放。

关键词：低氮燃烧器环保;燃烧;燃料分级;空气分级

1 概述

面对国内日益严苛的氮氧化物排放标准和迫在眉睫的低氮改造需求，急需通过燃烧方式的重新组织优化，研制开发一种新型低氮燃烧器，实现燃料的清洁、高效燃烧以及锅炉烟气的低排放。

目前控制氮氧化物的可用技术包括：末端治理、低氮燃烧技。末端治理包括：SCR、SNCR、氧化吸收法和金属催化法等，这些技术手段不仅要考虑场地因素、全寿命周期的经济性，而且还要考虑末端控制与负荷变化协同、二次污染等。与末端治理技术相比，低氮燃烧技术对热力型氮氧化物的控制效果更为快捷方便，该技术通过一次性投资更换燃烧器，直接从源头控制并切断氮氧化物的生成，因此低氮燃烧器的研制开发具有重要的意义。

2 低NOx燃烧技术

低NOx燃烧器是通过燃烧器结构的特殊设计，从燃烧源头上降低热力型氮氧化物的生成。

本方案采用空气分级燃烧、燃料分级、RQL燃烧及烟气外循环四种技术综合应用方式以降低氮氧化物。

分级燃烧指的是燃烧所需空气和燃料在燃烧行程的不同部位供入参加燃烧，实现总体抑制NOx生成的燃烧技术，分级燃烧可分为燃料分级燃烧技术和空气分级燃烧技术。

RQL燃烧技术RQL燃烧是一种特殊的分级燃烧技术，前面是富燃区，中间为快速猝熄区，后面为贫燃区。由于富燃区排出的物质富集了大量部分氧化和部分烃化的物质，氢（H）和一氧化碳（CO），不经进一步处理是不能直接从燃烧室排出的，因此，需要附加氧气去对上述物质做进一步燃烧。通过燃烧室二次补燃空气环隙，补燃空气与富油燃烧区排出的物质混合，并在燃烧室的出口前部创造出贫燃环境，使燃烧室排出的物质主要成分以二氧化碳、水、氮气和氧气（CO2，H2O，N2，O2）为主，从而降低排放物中的污染物（即：NOx，CO，HC）。当空气从补燃空气环隙进入火焰筒时，会使燃烧室的高温富燃区减小，并使燃焰的温度急剧下降形成所谓的猝熄（Quench）效应，这就是RQL燃烧技术。

烟气外循环（FGR）技术将锅炉尾部约10%～30%的烟气（温度约170℃），经不锈钢烟气管道吸入到燃烧器进风口，混入助燃空气后进入炉膛。从而降低燃烧区域的温度，同时降低燃烧区域氧的浓度，最终降低热力型NOx的生成量，达到锅炉尾部烟气中的氮氧化物低排放。

3 燃烧器设计方案

本低氮燃烧器包含控制部分和燃烧器头部两大部分，控制部分包含燃料供应、空气供应、点火系统、监测系统等分系统。下面进行详细介绍：

3.1 控制系統介绍

3.1.1 燃料供应系统

燃料供应系统包含燃料阀门、过滤器、管路、燃料喷头等。阀门过滤器等可采购成品零件。

3.1.2 空气供应系统

选用使用小型锅炉燃烧器风机，风压不小于5kPa;风机选型同时受炉膛背压、燃烧器头燃烧组织方式、风量等因素影响。燃烧器整体完成后，预留FGR接口，燃烧器运行期间如需要该部分作用，控制可启用FGR部分。

3.1.3 点火系统

点火系统主要作用是把220V交流电经过变压器转换成高压直流电，并施加于点火枪，产生电火花，为燃烧器点火开工，主要包括：点火变压器、高能点火枪（或点火电极）等。

3.1.4 监测系统

火焰检测系统主要用来判断燃烧器的着火状态，为控制器提供判断依据。火检系统关键设备主要包括：火检探头（光敏电阻、离子棒、UV探头）及火焰放大器等。

3.1.5 控制连锁系统

控制系统是整个燃烧器的控制中枢，所有的控制指令从这里发出，所有的外部检测结果都要输入控制系统，经控制系统对比判断后做出相关动作，控制系统主要包括：程序控制器、交流接触器、热继电器、滤波器等。

3 2燃烧器头部设计

燃烧装置成品零部件关键技术在于燃烧器头设计及燃烧方式组织，同时含有降低氮氧化物先进技术应用。

燃烧器头部分为三个燃烧区，分别为一级燃烧区，二级燃烧区，三级燃烧区。每级燃烧区分别进入一定量燃料与空气，选择合适配比，确定燃烧喷头口部速度，混合均匀后分级燃烧。①一次风按照RQL燃烧技术配比分两次进入一级燃烧区，富燃区余气系数取0.6-0.7;助燃空气通过风机接口进入空气腔体，经过充分均流后，分别进入一次燃烧区的一次风道和二次风道，一次风道设置旋流器，空气经过旋流器后高速旋转，并与中心水煤气垂直碰撞，二者碰撞后进入内侧预混室，在预混室充分混合后，进入燃烧室，通过高能点火器点燃并在富燃环境下燃烧完成。中心燃烧室燃料流量为总流量1/25;②二级燃烧区采用燃料分级，燃料经过多个喷头喷出，与空气充分预混，在喷口处燃烧，通过均匀混合，消除热两集中点，降低NOx;③三级燃烧区通过燃料分级，多个喷头在燃烧器口部燃烧，形成多火焰模式，降低NOx。

4 总结

针对小型蒸汽锅炉降低氮氧化物排放，采用空气分级+燃料分级+烟气再循环技术，将燃烧器结构分为三级燃烧区，经过两个RQL燃烧室充分燃烧，实现电子比例调节，外加FGR管路，可以有效降低氮氧化物，实现燃料的清洁、高效燃烧以及锅炉烟气的低排放。