低氮燃烧器燃烧性能试验研究

李朋远

摘要：现如今，我国经济发展十分迅速，为满足最新环保标准，炼化企业相继进行加热炉的低氮燃烧器改造，炉膛温度较低的加热炉运行过程中存在点火困难、火焰稳定性差、CO含量偏高的问题。从在炉膛温度低于650℃的加热炉中运行时，低氮燃烧器的运行环境和自身结构特性共同导致燃烧器运行过程出现问题。通过采取改善运行环境、精细化调节、增大燃料喷枪喷孔、优化燃烧器结构等措施，有效解决了航煤加氢炉低氮燃烧器燃烧中存在的问题。

关键词：低氮燃烧器;燃烧性能;试验

引言

加热炉是炼化企业的主要耗能设备,也是主要的碳排放源及污染排放源,燃烧产生的NOx是常见的大气污染物。炼化企业加热炉燃料以气体燃料为主,燃料中几乎没有含氮烃,燃烧产生的燃料型NOx含量极少,主要为热力型NOx和快速型NOx。通常,燃烧产生的快速型NOx比热力型NOx少1个数量级,因此,炼化企业加热炉燃烧产生的NOx绝大部分属于热力型NOx。目前,现场使用的低氮燃烧技术主要采用分级燃烧和烟气内循环相结合的技术,通过降低燃烧火焰温度、减少混合气体氧浓度、缩短高温区域停留时间,抑制热力型NOx的生成。2015年国家颁布GB31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》以来,中国石化炼化企业相继完成加热炉的低氮燃烧改造,低氮燃烧器几乎全部采用分级燃烧和烟气内循环相结合的技术来降低NOx。现场运行效果表明:炉膛温度>800℃的高温加热炉,低氮燃烧器运行过程存在烟气中NOx含量超标的问题。炉膛温度<700℃的低温加热炉,低氮燃烧器运行中存在点火困难、火焰稳定性差及烟气中CO含量偏高的问题,炉膛温度<600℃时,排烟中CO含量可能>1000mg/m3,影响加热炉安全稳定高效运行。因此,对低氮燃烧器在不同炉膛温度下的燃烧特性进行研究,明确低氮燃烧器的燃烧特点及适用场合,对于解决加热炉低氮燃烧的问题具有十分重要的意义。

1低氮烧器运行现状

从某集团加热炉低氮燃烧器运行效果来看，炉膛温度高于650℃的加热炉经精细调节后，低氮燃烧器运行状况良好，排放基本达标。对于低温加热炉（炉膛温度≤650℃），低氮燃烧器运行中存在点火困难、火焰稳定性差、CO含量、氧含量偏高的问题，影响加热炉安全高效运行。以某公司航煤加氢炉的圆筒型低氮燃烧器为例，该燃烧器设计负荷为0.74MW，燃烧器结构如，主要由风筒、耐火砖、分级枪及长明灯组成，耐火砖外设有六只分级枪，每只分级枪喷头设有两级喷孔。助燃空气经风筒一次供入燃烧器，燃料经分级枪喷入耐火砖内，与助燃空气混合完成燃烧。现场测试表明，加热炉炉膛温度为583℃，低氮燃烧器运行状况较差，开工点火困难，燃烧火焰，稳定性差、颜色偏黄、飘忽无力、内聚性和刚性不足。排烟中CO含量为1308.8mg/m3，NOx含量为32.7mg/m3，氧含量为5.6%，不能满足该集团关于烟气中CO含量不高于50mg/m3，氧含量不超过3%的要求。

2加强低氮燃烧器燃烧性能试验研究

2.1燃煤锅炉低氮燃烧改造

针对600MW燃煤锅炉低氮燃烧进行改造。结合燃煤锅炉的实际工况以及低氮燃烧的技术特征，本节提出了低氮燃烧的改造方案，具体如下：1）将燃煤锅炉前后墙的燃尽风喷口去除，共计10只；同时，将燃煤锅炉侧墙处的燃尽风喷口去除，共计4只。在前后墙燃尽风喷口位置处加装直径为698mm的LYOFA燃尽风喷口装置，总计5个；同时，将剩余的孔洞进行封闭处理。2）将燃煤锅炉前后墙标高为38000mm位置处的吹尘器去除；同时，在前后墙标高为38847位置开设直径为698mm的孔洞，用于安装型号为LYOFA燃尽风喷口装置，总计12个；所安装的燃尽风喷口装置与（1）中所安装的呈现交错布置的形式。3）为了进一步降低燃煤锅炉生产中所排放处一氧化碳的浓度，在燃煤锅炉两侧墙标高为34.724m位置的燃尽风喷口进行保留，并在其周边配置4只贴壁风喷口。对燃煤锅炉侧墙处的燃尽风风向和风道不做改动。4）将燃煤锅炉原先配套的LNASB型燃烧器更换为型号为LYSC-Ⅲ的低氮燃烧器；同时，针对燃煤锅炉后墙下方点火燃烧器破坏严重的问题，将其更换为微点火燃烧器。

2.2重新启动

（１）前吹扫期间故障，在前吹扫阶段，燃烧器若发生空气流量检测异常时，要马上安全停机并进入联锁保护时序，待完全停机后重新进行一次启动，如果再次发生故障应立即停机并联锁保护。查清异常所在并处理故障后，才能再操作。（２）点火期间火焰故障，燃烧器在点火期间出现异常时，也应当马上停机，之后进入联锁保护时序。因为该燃烧器是具备旁路启动燃气阀引出燃气的功能，主燃烧器带有降低功率引火方式，所以在停机后可以重新执行前吹扫，检漏等各项点火程序，最多可以重启一次，如果重启过程中依旧存在异常情况，则要安全停机进入联锁保护，直至故障问题解决后再操作。（３）运行期间火焰故障，燃烧器在运行过程中发生断火、丢火等故障时，火焰监测装置不能正常监测到火焰，程控器应立刻安全停机并联锁保护，分析处理完故障，再重新操作。

2.3调试

依据改造方案所完成的改造工作，还需在正式应用前进行调试处理，为后续安全应用提供基础保障。而在改造设备调试阶段，是以投入烟气再循环为前提，控制NOx＜50mg/Nm3。整个调试流程是通过控制锅炉负荷百分比，抽取再循环烟气开展测试工作，结合测试中各项信息数据分析结果调整风燃比，准确记录风燃比、阀门开度。第1阶段锅炉负荷20%、第2阶段锅炉负荷30%、第3阶段锅炉负荷40%、第4阶段锅炉负荷50%、第5阶段锅炉负荷60%、第6阶段锅炉负荷70%、第7阶段锅炉负荷80%、第8阶段锅炉负荷90%、第9阶段锅炉负荷100%、第10阶段锅炉负荷110%、第11阶段，把前10段的负荷点数据设置燃烧器运行曲线，依据曲线分析结果，重新设置锅炉负荷从20%升至110%，针对每个负荷点NOx排放值检查，始终控制在NOx＜50mg/Nm3（3%O2）条件下，完成设备改造后的调试工作。

结语

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。

参考文献

[1]吴天明.燃煤机组锅炉低氮燃烧器改造运行调整探讨[J].价值工程，2019，68（33）：172-173.

[2]朱明磊.浅析低氮燃烧器改造对锅炉运行影响[J].中国设备工程，2020，42（19）：206-207.

[3]刘裕，王玉良，张海强.锅炉低氮燃烧器改造后存在的问题与对策[J].现代制造技术与装备，2018，6（1）：19-21.

[4]姜志军，王毅岩，宋继坤.低氮燃烧器改造对锅炉运行影响探析[J].内蒙古煤炭经济，2019，32（7）：82.

[5]北京市环境保护局．锅炉大气污染排放标准：ＤＢ11／139—2019［S］．北京：北京市环境保护局，2019．

[6]何泾渭，黎亚洲，徐洪涛，等．工业锅炉用燃烧器标准现状及安全运行要求［J］．中国特种设备安全，2019，33（8）：7－8．