李冬屹，郑桂红，许崇涛，张宝祥

(天津市特种设备监督检验技术研究院，天津 300192)

基金项目：天津市市场和质量监督管理委员会科技计划项目（2018-W22）

作者简介：李冬屹（1986—），男，工程师，硕士，主要研究方向为工业锅炉安全节能环保三位一体监管，aiolos-u@163.com.

摘要：燃气工业锅炉燃烧会产生大量氮氧化物，污染环境。分析了氮氧化物产生的机理，介绍了低氮改造技术的基本原理。对两台不同型号、采用不同形式进行烟气再循环（FGR）技术改造的锅炉进行多工况下的能效测试，通过对现场测试所得数据进行计算，分析了不同形式的烟气再循环改造技术对锅炉额定出力及不同工况下热效率的影响。

关键词：额定出力;热效率；低氮改造；烟气再循环

中图分类号：TK229.8   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0121-04

燃气工业锅炉燃烧后会产生大量的氮氧化物(NO_x)，而NO_x是形成酸雨的重要因素，可直接影响大气环境及人体健康，且NO_x经过复杂的化学反应后还会导致PM2.5浓度升高，从而加重雾霾程度、增加雾霾出现的频率。随着人们环保意识的提高，燃气工业锅炉烟气中NO_x对环境的危害越来越受到重视，天津市地方标准给予了严格的低氮排放要求，全天津市开始了如火如荼的低氮改造工作。然而在低氮改造过程中完全是以NO_x的排放指标作为衡量改造的标准，忽略了低氮改造对锅炉额定出力及热效率的影响，而安全、节能、环保是锅炉三项最重要的指标，缺一不可。本文结合现场锅炉能效的实测数据，具体分析采用不同形式进行烟气再循环（flue gas recirculation，FGR）低氮改造的燃气工业锅炉额定出力及热效率受到的影响。

1 低氮改造技术介绍

1.1燃气锅炉NO_x的生成原理

燃气工业锅炉燃烧过程中产生的NO_x主要分为热力型、快速型及燃料型。

1）热力型NO_x。高温（1 300 ℃以上）燃烧时，空气中的氮与氧反应生成NO_x。热力型NO_x受到燃烧温度、氧气浓度及火焰停留时间3个因素的影响，燃烧温度越高、氧气浓度越高、燃烧停留时间越久，NO_x生成速度越快，且温度在高于1 500 ℃时，NO_x的生成速度呈指数级增长。

2）快速型NO_x。在富燃料区的火焰燃烧锋面上，燃料挥发物中碳氢化合物与空气中的氮反应生成HCN和N，由这些物质再进一步反应生成NO_x。因其生成速度极快，故称快速型NO_x。

3）燃料型NO_x。燃料型NO_x是由燃料中的含氮化合物经过高温分解等一系列化学过程产生的。

燃气工业锅炉炉膛燃烧温度通常高于1 300 ℃，而快速型NO_x的生成温度通常低于1 300 ℃，因此快速型NO_x不作为本文研究的重点。燃气工业锅炉采用天然气作为燃料，天然气中基本不含氮，所以燃料型NO_x也不在研究范围内。因此，燃气工业锅炉低氮改造的目标主要是降低热力型NO_x的排放。

1.3目前常用的低氮改造技术介绍

低氮改造技术主要是在锅炉进风口和出风口进行，对燃烧热效应和尾部烟气排放两个方面进行处理。对于燃气工业锅炉，对燃烧热效应的改造是常见的工艺技术，而根据NO_x生成原理，想要合理控制NO_x的排放，控制燃烧过程的温度和时间才是最重要的，即空气燃料比、燃烧区温度及分布、后燃烧区的冷却程度和燃烧机性状设计。目前，分级燃烧、燃烧器预混燃烧及FGR技术，是常见的3种低氮改造技术。