论文部分内容阅读
摘 要：本文结合燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计中所面临的理论技术问题，对其具体改造设计的方法和步骤进行分析，并结合实例，进行燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计应用分析。
关键词：燃气锅炉;增容设计;低氮燃烧;改造;应用
随着全球所面临的生态环境与资源问题日益突出，为顺应国家可持续发展的战略目标要求，对工业生产中的废气污染排放要求和标准也日益提高，在这种情况下，燃气锅炉燃烧的污染气体排放所面临的要求和标准也越来越高。另一方面，结合燃气锅炉燃烧运行的技术研究及锅炉系统改造现状，由于天然气燃料本身的较高燃烧效率与低污染排放特点，使其在电力、化工以及工业燃烧、冶金等行业领域中均有着较为广泛的应用，而当前我国的锅炉燃烧气体污染排放有关标准中，明确指出对新建燃气锅炉燃烧排放气体中氮氧化物含量要求低于30mg/m3，在这一标准下，不仅对新建燃气锅炉的燃烧运行氮氧化物排放要求更加严格，同时也面临着较多的已建燃气锅炉的低氮燃烧改造问题。此外，由于燃气锅炉的设计与建设中，多数锅炉系统均留有一定的容量扩展空间，需要在锅炉系统的增容扩建中结合其整体情况进行客观评价，从而开展科学和合理的设计，以满足锅炉系统的改造需求。因此，围绕燃气锅炉的增容与低氮燃烧改造设计进行研究，并结合其在实际中的应用情况进行论述，具有十分积极的作用和意义。
1燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计的方案分析
1.1燃气锅炉的增容设计方案
在进行燃气锅炉的增容扩展设计中，一般情况下，需要结合燃气锅炉的实际情况，对其锅炉系统的现有条件以及进行增容设计后的各项参数情况进行综合评价，以进行科学与合理的设计和分析。根据燃气锅炉增容设计的具体操作步骤，其主要设计内容及流程表现如下。
1）进行燃气锅炉增容设计前，应对需要增容设计锅炉的现有汽包以及受热面等主设备情况进行评估，以判断其是否能够满足锅炉增容设计的需求。其中，对燃气锅炉的现有蒸发受热面增容设计潜力进行判断，需要通过进行锅炉的炉膛热负荷计算，然后在具体设计中通过对锅炉的蒸发受热面或者是节能设备进行增加设置，以促进锅炉的蒸发受热面增加。此外，通过对燃气锅炉的现有汽包的汽水分离能力与强度计算，能够针对设计中对锅炉的汽水分离器进行改动设计或者是通过对汽包的整体更换等不同方案进行考虑与确定。
2）在完成上述增容改造设计与分析的内容后，就需要进行燃气锅炉的增容量以及锅炉增容受热面布置方案初步设计，并结合其具体设计的方案和内容，进行增容后的燃气锅炉运行热力校核和计算，并对锅炉的受热面布置方案进行调整，确保增容改造后的锅炉燃烧运行中各汽水参数与减温水量符合有关要求和标准。此外，该设计环节中，还需要根据燃气锅炉的增容量与增容受热面布置初步设计方案，对锅炉的尾部受热面进行调整。
3）进行燃气锅炉增容改造后的各级受热面水动力以及炉膛壁温校核，并进行设计和分析，以确保锅炉系统运行中的水循环流量分配较为均匀，并且锅炉的各级受热面壁温满足有关安全标准。此外，该设计过程中，还需要对锅炉的各级受热面汽水阻力进行计算，以实现增容改造后的锅炉给水泵是否能够满足其系统运行的需求判断。
4）由于锅炉增容设计中，在确定其增容后的蒸汽出口参数与品质无改变情况下，会出现一定的锅炉汽包与各级集箱压力稍微升高变化，针对这一情况，为确保对燃气锅炉的增容设计合理，就需要对锅炉汽包以及各集箱的強度进行校核计算，确保其符合有关安全要求和标准。
5）对燃气锅炉的增容设计，还需要对锅炉的现有燃烧器情况进行评价，以对其燃烧器运行的负荷以及能否满足锅炉系统燃烧排放标准等进行判断，同时针对燃气锅炉的现有风机及其风道进行校核计算，对其风量与压头能够满足锅炉的增容设计需求等进行评价。此外，还需要开展锅炉烟风侧分析与设计，以满足其增容设计的各项要求。
1.2燃气锅炉低氮燃烧改造设计方案
在进行燃气锅炉的低氮燃烧改造设计中，由于燃气锅炉燃烧运行中所产生的氮氧化物等污染气体主要为热力型，而导致热力型氮氧化物产生的主要因素，则包括燃烧所需的空气以及燃烧温度等。根据这一情况，在进行燃气锅炉低氮燃烧改造设计中，就需要通过燃气锅炉燃烧运行的燃料与助燃空气混合的优化，并合理降低锅炉炉膛的局部高温，来促进锅炉燃烧过程中的氮氧化物生成控制。
结合上述对燃气锅炉低氮燃烧改造设计技术方案的分析，由于当前燃气锅炉燃烧运行所采用的燃烧器是以分级分段燃烧与浓淡燃烧、低氮再循环等低氮燃烧技术为主，它虽然能够在一定程度上实现锅炉燃烧的氮氧化物生成控制，但是受燃煤锅炉技术模式限制，在具体燃烧运行中仍未实现燃气和助燃空气充分混合，并且炉膛内局部高温区域仍大量存在，因此，并不能满足现有的燃气锅炉燃烧运行节能与环保要求和标准。另一方面，在对燃气锅炉进行增容设计后，由于其炉膛热负荷明显升高，因此，在对燃气锅炉的低氮燃烧改造设计中，利用燃气和空气之间的多分级结构，并结合较为特殊的燃气喷枪结构设计能够在燃气燃烧中呈现亚音速强弱旋流状态，从而实现和三次旋流、四次直流风之间的强弱旋对冲形成，以达到一种超级混合效果，对燃气锅炉燃烧过程中的燃气与助燃空气充分混合需求进行满足，并实现炉膛局部高温消除，从而满足其低氮燃烧改造设计与运行的需求。
2应用实例
根据上述对燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案的分析，为实现该设计方案的可行性验证，以某燃气锅炉改造设计工程为例，该燃气锅炉为75t/h的中压自然循环锅炉系统，整个系统采用Ⅱ型布置，锅炉炉膛为膜式水冷壁结构，单层设置有4只燃烧器呈四角切圆布置。此外，该锅炉系统的过热蒸汽出口压力设计为3.82MPa，炉膛燃烧温度设计为450℃，对锅炉燃烧运行中的过热蒸汽温度通过喷水减温器进行控制，而喷水减温器则设置在锅炉系统的高温过热器入口部位。锅炉的省煤器为光管式，呈两段布置，空气预热器则为热管式，设置在锅炉的尾部烟道出口部位;整个锅炉系统中采用单汽包设计，其汽包内径与长度分别为1500和6440mm，同时采用直径为290mm的22只旋风分离器作为锅炉系统的分离装置，单个旋风分离器的最大允许负荷值为3.5t/h，对其二次分离主要设置在锅炉汽包的顶部，为V型的钢丝网分离器。
根据上述燃气锅炉的系统结构及其各项参数设置，结合上述锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案，通过对上述锅炉的现有条件评估，并结合锅炉系统的各项参数设置进行计算分析后，实现该锅炉的增容设计具体方案明确，并对其进行增容扩展和改造设计，然后结合锅炉的增容设计情况，进行低氮燃烧改造设计后，根据该锅炉系统改造后的运行和使用情况，整体表现较为良好。由此可见，按照上述设计方案进行燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计应用，效果较为显著。
3结束语
总之，对燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案及其应用进行研究，有利于促进燃气锅炉增容扩展与低氮燃烧改造设计的水平提升，从而满足燃气锅炉运行的低氮排放标准，减少其燃烧排放气体的氮氧化物含量，并促进燃气锅炉燃烧运行的节能与环保效益进一步提升，推进其在各行业领域中的更好应用，具有十分积极的作用和意义。
参考文献：
[1]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[J].城市燃气，2020，（1）：13-17.
[2]孙崇东.燃气锅炉改造的综合节能技术分析与应用[J].节能，2020，（1）：75-77.
[3]段宏玮，张立勇.燃气锅炉低氮燃烧改造的主要安全风险问题分析及防范措施[J].中国特种设备安全，2019，（6）：62-64.
关键词：燃气锅炉;增容设计;低氮燃烧;改造;应用
随着全球所面临的生态环境与资源问题日益突出，为顺应国家可持续发展的战略目标要求，对工业生产中的废气污染排放要求和标准也日益提高，在这种情况下，燃气锅炉燃烧的污染气体排放所面临的要求和标准也越来越高。另一方面，结合燃气锅炉燃烧运行的技术研究及锅炉系统改造现状，由于天然气燃料本身的较高燃烧效率与低污染排放特点，使其在电力、化工以及工业燃烧、冶金等行业领域中均有着较为广泛的应用，而当前我国的锅炉燃烧气体污染排放有关标准中，明确指出对新建燃气锅炉燃烧排放气体中氮氧化物含量要求低于30mg/m3，在这一标准下，不仅对新建燃气锅炉的燃烧运行氮氧化物排放要求更加严格，同时也面临着较多的已建燃气锅炉的低氮燃烧改造问题。此外，由于燃气锅炉的设计与建设中，多数锅炉系统均留有一定的容量扩展空间，需要在锅炉系统的增容扩建中结合其整体情况进行客观评价，从而开展科学和合理的设计，以满足锅炉系统的改造需求。因此，围绕燃气锅炉的增容与低氮燃烧改造设计进行研究，并结合其在实际中的应用情况进行论述，具有十分积极的作用和意义。
1燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计的方案分析
1.1燃气锅炉的增容设计方案
在进行燃气锅炉的增容扩展设计中，一般情况下，需要结合燃气锅炉的实际情况，对其锅炉系统的现有条件以及进行增容设计后的各项参数情况进行综合评价，以进行科学与合理的设计和分析。根据燃气锅炉增容设计的具体操作步骤，其主要设计内容及流程表现如下。
1）进行燃气锅炉增容设计前，应对需要增容设计锅炉的现有汽包以及受热面等主设备情况进行评估，以判断其是否能够满足锅炉增容设计的需求。其中，对燃气锅炉的现有蒸发受热面增容设计潜力进行判断，需要通过进行锅炉的炉膛热负荷计算，然后在具体设计中通过对锅炉的蒸发受热面或者是节能设备进行增加设置，以促进锅炉的蒸发受热面增加。此外，通过对燃气锅炉的现有汽包的汽水分离能力与强度计算，能够针对设计中对锅炉的汽水分离器进行改动设计或者是通过对汽包的整体更换等不同方案进行考虑与确定。
2）在完成上述增容改造设计与分析的内容后，就需要进行燃气锅炉的增容量以及锅炉增容受热面布置方案初步设计，并结合其具体设计的方案和内容，进行增容后的燃气锅炉运行热力校核和计算，并对锅炉的受热面布置方案进行调整，确保增容改造后的锅炉燃烧运行中各汽水参数与减温水量符合有关要求和标准。此外，该设计环节中，还需要根据燃气锅炉的增容量与增容受热面布置初步设计方案，对锅炉的尾部受热面进行调整。
3）进行燃气锅炉增容改造后的各级受热面水动力以及炉膛壁温校核，并进行设计和分析，以确保锅炉系统运行中的水循环流量分配较为均匀，并且锅炉的各级受热面壁温满足有关安全标准。此外，该设计过程中，还需要对锅炉的各级受热面汽水阻力进行计算，以实现增容改造后的锅炉给水泵是否能够满足其系统运行的需求判断。
4）由于锅炉增容设计中，在确定其增容后的蒸汽出口参数与品质无改变情况下，会出现一定的锅炉汽包与各级集箱压力稍微升高变化，针对这一情况，为确保对燃气锅炉的增容设计合理，就需要对锅炉汽包以及各集箱的強度进行校核计算，确保其符合有关安全要求和标准。
5）对燃气锅炉的增容设计，还需要对锅炉的现有燃烧器情况进行评价，以对其燃烧器运行的负荷以及能否满足锅炉系统燃烧排放标准等进行判断，同时针对燃气锅炉的现有风机及其风道进行校核计算，对其风量与压头能够满足锅炉的增容设计需求等进行评价。此外，还需要开展锅炉烟风侧分析与设计，以满足其增容设计的各项要求。
1.2燃气锅炉低氮燃烧改造设计方案
在进行燃气锅炉的低氮燃烧改造设计中，由于燃气锅炉燃烧运行中所产生的氮氧化物等污染气体主要为热力型，而导致热力型氮氧化物产生的主要因素，则包括燃烧所需的空气以及燃烧温度等。根据这一情况，在进行燃气锅炉低氮燃烧改造设计中，就需要通过燃气锅炉燃烧运行的燃料与助燃空气混合的优化，并合理降低锅炉炉膛的局部高温，来促进锅炉燃烧过程中的氮氧化物生成控制。
结合上述对燃气锅炉低氮燃烧改造设计技术方案的分析，由于当前燃气锅炉燃烧运行所采用的燃烧器是以分级分段燃烧与浓淡燃烧、低氮再循环等低氮燃烧技术为主，它虽然能够在一定程度上实现锅炉燃烧的氮氧化物生成控制，但是受燃煤锅炉技术模式限制，在具体燃烧运行中仍未实现燃气和助燃空气充分混合，并且炉膛内局部高温区域仍大量存在，因此，并不能满足现有的燃气锅炉燃烧运行节能与环保要求和标准。另一方面，在对燃气锅炉进行增容设计后，由于其炉膛热负荷明显升高，因此，在对燃气锅炉的低氮燃烧改造设计中，利用燃气和空气之间的多分级结构，并结合较为特殊的燃气喷枪结构设计能够在燃气燃烧中呈现亚音速强弱旋流状态，从而实现和三次旋流、四次直流风之间的强弱旋对冲形成，以达到一种超级混合效果，对燃气锅炉燃烧过程中的燃气与助燃空气充分混合需求进行满足，并实现炉膛局部高温消除，从而满足其低氮燃烧改造设计与运行的需求。
2应用实例
根据上述对燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案的分析，为实现该设计方案的可行性验证，以某燃气锅炉改造设计工程为例，该燃气锅炉为75t/h的中压自然循环锅炉系统，整个系统采用Ⅱ型布置，锅炉炉膛为膜式水冷壁结构，单层设置有4只燃烧器呈四角切圆布置。此外，该锅炉系统的过热蒸汽出口压力设计为3.82MPa，炉膛燃烧温度设计为450℃，对锅炉燃烧运行中的过热蒸汽温度通过喷水减温器进行控制，而喷水减温器则设置在锅炉系统的高温过热器入口部位。锅炉的省煤器为光管式，呈两段布置，空气预热器则为热管式，设置在锅炉的尾部烟道出口部位;整个锅炉系统中采用单汽包设计，其汽包内径与长度分别为1500和6440mm，同时采用直径为290mm的22只旋风分离器作为锅炉系统的分离装置，单个旋风分离器的最大允许负荷值为3.5t/h，对其二次分离主要设置在锅炉汽包的顶部，为V型的钢丝网分离器。
根据上述燃气锅炉的系统结构及其各项参数设置，结合上述锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案，通过对上述锅炉的现有条件评估，并结合锅炉系统的各项参数设置进行计算分析后，实现该锅炉的增容设计具体方案明确，并对其进行增容扩展和改造设计，然后结合锅炉的增容设计情况，进行低氮燃烧改造设计后，根据该锅炉系统改造后的运行和使用情况，整体表现较为良好。由此可见，按照上述设计方案进行燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计应用，效果较为显著。
3结束语
总之，对燃气锅炉增容与低氮燃烧改造设计方案及其应用进行研究，有利于促进燃气锅炉增容扩展与低氮燃烧改造设计的水平提升，从而满足燃气锅炉运行的低氮排放标准，减少其燃烧排放气体的氮氧化物含量，并促进燃气锅炉燃烧运行的节能与环保效益进一步提升，推进其在各行业领域中的更好应用，具有十分积极的作用和意义。
参考文献：
[1]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[J].城市燃气，2020，（1）：13-17.
[2]孙崇东.燃气锅炉改造的综合节能技术分析与应用[J].节能，2020，（1）：75-77.
[3]段宏玮，张立勇.燃气锅炉低氮燃烧改造的主要安全风险问题分析及防范措施[J].中国特种设备安全，2019，（6）：62-64.