摘要：燃气锅炉实际运行过程中会产生大量的尾气，如果不对这些尾气进行处理就直接排放会对周边环境造成较为严重的污染。为了有效降低锅炉尾气的危害性，越来越多的企业为燃气锅炉配备了尾气处理装置。本文对燃气燃烧进行了简要介绍，分析了影响燃气锅炉运行的因素，并提出了有效的燃气锅炉尾气处理设计方案，以供参考。

关键词：锅炉；尾气处理装置；环境保护

燃气工业锅炉是工业生产中常用的锅炉，能为工业生产提供热量，满足各种生产工艺需求。但是由于外部因素、内部因素的影响，导致燃气工业锅炉容易出现燃烧不完全的情况，严重影响燃气工业锅炉发挥作用，还会导致大量的能源浪费和材料浪费。为此，必须使用有效的方法解决燃烧不完全问题，提升锅炉的运行效率和保证安全。

1 燃气燃烧概述

燃气的燃烧情况会影响燃气的燃烧效率，燃烧是一种满足外界条件的情况下，燃气和空气中的氧气剧氧化反应的过程，燃气燃烧会经过三个阶段，燃气首先会与空气混合，之后通过加热将混合气体提升到着火点，最后开始燃烧反应，燃烧反应是一个十分迅速的过程，燃气分子很快会被燃尽，之后会形成烟气。在第一阶段，主要完成燃气的混合和扩散，这一阶段对后续反应速度和燃烧是否彻底有着非常重要的影响；第二阶段是燃气不断吸收热量的阶段，随着燃气的温度不断升高，直到达到着火温度开始燃烧；开始燃烧后，燃气和空气的混合物满足燃烧条件后会产生剧烈的反应，反应过程中还会发光和发热，直到完全燃烧。

燃气燃烧是一个十分剧烈的氧化过程，而且燃烧中还会发光发热，燃烧的三要素包括可燃物、助燃物、火源，燃气的燃烧特性决定于可燃物的成分，目前，燃气主要包括一氧化碳、氢气和烃类。由于燃气更加活泼，所以相对液体燃料和固体燃料更加活泼。燃气和氧气的燃烧属于扩散燃烧，而且属于均相燃烧，在分子间隙比较大的情况下，如果条件合适可以比较迅速地完成燃烧反应，燃气在完全燃烧后，主要的产物为二氧化碳和水，也会由于燃气中含有硫，导致烟气中含有氧化硫等物质。有些炉膛内部的空气比例比较大，烟气中可能还会有一定的空气，如果并没有完全燃烧，产物中也会有一定燃料成分。

2 影响燃气燃烧的因素

燃气工业锅炉的燃烧率将会直接影响锅炉机组的热效率，如果出现不完全燃烧的情况，烟气中的可燃成分会比较高，会增加锅炉的运行成本，也会影响锅炉的安全运行。所以需要分析影响燃烧率的因素，通过有效控制提升锅炉的燃烧率。

2.1燃料的性质

燃气工业锅炉使用的燃料包括氢气、一氧化碳、甲烷等烃类化合物，这些燃气中可能还包括少量的硫化氢和氨，燃气中的水分、烟尘、活化能将会影响燃气的燃烧效果。水分子的蒸发是吸热过程，因此会带走一定的热量，导致锅炉内部的温度降低，严重影响燃烧效果；烟尘在燃烧的过程中也会带走热量，而且其存在也会成为燃烧的阻碍，导致燃气燃烧的速度减慢。如果燃气内杂质较多不利于分子之间的碰撞，会降低反应能力，导致不容易燃烧。

2.2锅炉温度

温度越高，分子热运动就越活跃，更容易达到着火点，也会有更加剧烈的燃烧。高温会让分子不断吸收热量，提升分子的平均动能，增加活化分子数量，使锅炉内的有效碰撞增加，有效碰撞频率也有所增加，极大程度提升了反应速度。燃气燃烧过程中，需要保持炉膛内的温度，才能保证燃烧的持续性和效果，确保燃气的燃尽率。

2.3过量空气系数

在燃气燃烧阶段，过量空气系数将会直接影响燃烧是否完全，从而决定燃气的燃烧程度。如果过量空气系数偏低，就会影响燃料的燃烧率，导致不能完全燃烧，不仅会造成能源浪费，也会导致环境污染。但是如果过量空气系数过高，将会导致空气占据炉膛过多的空间，带走更多热量，导致炉膛温度降低，会造成炉膛换热设备换热效率降低，以及导致排烟热损失增加，会导致比较严重的能源浪费。所以，必须根据生产中的实际情况和工艺需求调整过量空气系数。

2.4燃烧时间

燃烧时间控制是燃气燃尽的关键，燃气的燃尽阶段，燃气燃烧放出的热量减少，导致燃气燃烧时的温度降低，会影响风气的混合程度，直接导致燃气的燃尽速度降低。为此需要适当加长燃气的燃烧时间，保证对燃气的有效利用。

2.5混合程度

燃气的混合程度是燃气和助燃气体的混合水平，混合程度决定于分子扩散速度，分子扩散速度越快就越能保证混合的均匀性，而且也能提升燃气的燃烧速度。混合程度对燃气的燃烧程度和炉膛内燃烧的均匀性都十分重要，必须通过调整保证充分混合，才能保证燃气的燃烧率。

3 燃气锅炉尾气处理装置改造方案分析

3.1 更换燃烧器

燃气锅炉在进行低氮排放改造时，如果想要保证锅炉内部炉膛结构不变，可以将锅炉内部原有的燃烧器拆除，更换为新型的低氮燃烧器。新型的低氮燃烧器可以降低氮氧化合物的排放，因为其采用的是分级燃烧的方法。

更换新型燃烧器时，燃烧器应当调整到与锅炉安装盘对接，并且将燃气管道阀组等组件进行更换。在拆除掉原有的燃烧器控制柜和其相关的连接线缆之后，将新型的低氮燃烧器控制柜安装到锅炉中，并重新布置新型燃烧器的线缆，在此基础之上，锅炉原有的控制系统和安全联锁需要保留。新型的低氮燃烧器可以实现更加精准的风气比，协助天然气进行更加高效的燃烧，在降低了排放气体中的氮氧化合物的同时实现了能源的节省。

3.2 利用烟气再循环技术

烟气再循环技术就是通过将燃气锅炉排放出的部分烟气以及燃烧所需要的空气进行混合，之后将混合的气体进行二次燃烧。这种方法可以将能源进行重复利用，可以帮助能源的节省。一般情况之下，使用此方法时，烟气的比例应当在15%到20%之间，在进行二次燃烧时，烟气的混入既可以将混合气体中氧气的浓度稀释，还能帮助降低燃烧温度，将其稳定到一定的范围，这样可以帮助控制烟气的排放比例。同时二次燃烧温度降低还能保证降低燃烧时氮氧化合物的产生，降低有害气体的排放量。根据以上的情况分析，烟气再循环技术的应用可以降低氮氧化合物的产生，特别是在降低锅炉燃烧温度方面有着显著的作用以及使用价值。

3.3 利用水冷预混技术

水冷预混技术所使用的技术手段以及原理是根据贫燃预混进行的，在贫燃预混的技术之上，结合另一种技术，即为热媒水冷却火焰技术。水冷预混技术的具体实现过程如下：水冷预混技术的火孔面的火孔板由多个组成，相对于单个的火孔板，多个火孔板组成的火孔面，其热力形变在受到温度的影响情况下会更小。同时多个火孔板为了降低其热量，用来抑制热力型氮氧化合物的产生，需要在火孔板的内部安装上冷却装置。一般情况下，所使用的冷却装置为冷却水管。在安装上冷却装置之后，不仅可以保证组合式火孔面的温度范围，还能保证火孔面不会受到过高温度的影响，产生燃料的回火现象。

3.4 分级划分燃烧区域

不同等级的燃烧区划分，例如贫燃区和富燃区一般是按照燃烧的程度进行划分的。通过燃烧区域的分级划分，设置不同的燃烧区域，可以增加锅炉内部的燃料在燃烧时与锅炉内部空气的混合时间。混合时间的增加可以帮助燃烧区域内部火焰中心温度的控制，并且将中心温度的范围控制在一定的程度，且分布均匀。燃烧区域的分级划分，是一种广泛采用的低氮燃烧技术的一种。同时分级的燃烧区域划分，可以保证锅炉系统内部的过量系数可以有一个稳定的维系，使锅炉的运行更加有效且经济，实现节能减排，绿色可持续发展的目的。

3.5 全预混表面燃烧技术

此种技术适用于减少小型燃气锅炉的氮氧化合物的产生，并且有着非常显著的效果。全预混表面燃烧技术在进行应用时，可以将火焰均匀的围绕着燃气锅炉金属纤维的表面，这样有利于均匀的温度场形成，用来降低单位面积上的热负荷。除了降低热负荷之外，火焰在金属纤维表面进行燃烧时，过量的空气可以帮助降低火焰的温度，从而达到减少小型燃气锅炉所排放的氧氮化合物。全预混表面燃烧技术有一定的缺点，在燃烧的过程中，会有大量的烟气产生，会有较大的热量损失。其次，金属纤维在燃烧时容易将锅炉堵塞，增大了后期锅炉的清理工作量。

3.6 更换整体锅炉

整体更换锅炉系统相较于其他的改造方式来说，其工程更加复杂，周期也更长，所以锅炉系统所需要的装置型号的选择要十分合理，并且考虑好锅炉整体改造的技术难度以及整体改造的成本、新的锅炉系统的经济性以及稳定性。

整体锅炉的更换标准如下：燃气锅炉在改造前后，其装机容量以及锅炉的整体布局尽量保持不动。例如，原燃气锅炉内置的锅炉为两台5.6MW锅炉，在进行低氮排放改造之后，需要保持此布局。这样的安排可以保证锅炉整体系统设备以及管道线路的改动保持在最小的范围内，尽量缩短工期，减少成本支出。其次，在锅炉整体更换的实际情况中，装机容量需要满足实际使用过程中的热负荷，这就需要对装机容量有合理的升级。如果燃气锅炉受到外部的影响，不能再使用承压锅炉，此时应该选择水冷预混低氮冷凝真空锅炉，此种锅炉可以有效的对接原有燃气锅炉内部的承压热水系统。如果燃气锅炉系统的位置在地下，使用承压锅炉会存在一定的安全风险，此时也可以考虑使用真空锅炉用来代替承压锅炉。

4 燃气锅炉尾气处理注意事项

4.1 对锅炉燃气的要求

为了满足低氮燃烧器的要求，燃气锅炉内的燃气要进行压力调节，满足低氮燃烧器的使用条件。进行锅炉内部压力的调整之后，需要配备相应的装置，例如减压阀以及流量计进行压力的测试，以便判断低氮燃烧器是否可以在该压力值下进行正常工作。

4.2 对烟气再循环量的要求

烟气再循环量一般会影响到FGR技术的成效，经过对众多燃气锅炉的分析，部分烟气以及燃烧所需要的空气的混合比例应当在18%-20%，此时进行二次燃烧时的降氮效果是最好的。如果烟气以及空气的混合比例低于18%-20%，就会造成排放气体中氮氧化合物的增加。高于此比例，会导致火焰中的氧气含量过低，锅炉内部的燃烧就会不稳定，容易导致锅炉内部火焰熄灭，或者锅炉烟道的剧烈震动。

4.3 对锅炉风道的要求

分级燃烧以及FGR技术对于锅炉的进风口风道的强度要求十分严格，在采用了此种技术之后，锅炉系统所需要的风压以及风量都会有着相应的增大。此种情况下，如果锅炉的风道强度不够，非常容易导致风道流通截面的反复变化，这种变化是因为震颤导致的。风道流通截面的反复变化需要有相应的措施来解决，否则就会影响到燃气锅炉的运作。

4.4 低氮燃烧时对锅炉炉膛尺寸的要求

燃气锅炉在进行低氮排放改造后，在其使用的过程中，需要锅炉受热方面有着较高的要求。如果燃气锅炉的受热面积不足，锅炉的热量不能及时散去，就会导致锅炉的吸收速度减缓，最终导致炉膛温度过高，无法满足低氮排放的标准。除了此种情况外，炉膛的直径如果相对较小，或者炉膛长度不够，炉膛的内部燃烧空间也会减少。炉膛内部燃烧空间减少，会导致炉膛局部的温度升高，无法实现热力型氮氧化合物的有效排放。

5 总结

燃气锅炉的低氮排放技术的改造工作已经在各地循序开展，其所使用的相关技术也有了一定的发展，并且趋于成熟。例如工业燃气锅炉领域，采用的主要技术是烟气再循环技术和分级燃烧。而商用以及民用领域，更加倾向于使用全预混表面燃烧技术。不论是哪种技术的使用，都需要根据锅炉的实际使用情况来看。燃气锅炉的低氮排放技术不仅可以提升燃气锅炉的运行水平，更符合了节能减排、绿色可持续发展的理念。

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