摘要： 通过对4#锅炉进行低氮燃烧器及烟气再循环进行技术改造,使锅炉氮氧化物的排放达到了超低排放要求.取得了良好的经济效益和环保效益.
1 锅炉基本状况
唐钢南区4# 锅炉是唐山锅炉厂设计制造的TG－130/3.8－Q 型中压（3.8 MPa）、中温（450 ℃）自然循环锅炉。锅炉整体布置为前吊后支的“Π”型布置。
煤气燃烧系统由旋流式喷燃器和炉膛蓄热稳燃器组成。燃烧器四角布置，火焰假想切圆直径为稳燃器外圆。煤气燃烧器分上、中、下三层布置，每个高炉煤气燃烧器内均配有焦炉煤气喷管，喷管直径∮89，用于点火、稳燃。中、下层每只燃烧器均布置有1 支焦炉煤气枪和1 支高能点火枪。
1.1 锅炉设计参数
锅炉设计参数如下:
设计蒸发量(D): 130 t/h;
汽包压力(P): 3.82 MPa;
蒸汽压力(P): 3.82 MPa;
蒸汽温度(t): 450 ℃;
给水温度(tg): 150 ℃;
给水压力(Pgs): 4.6 MPa;
热风温度(trk): 370 ℃;
排烟温度(tpy): 155 ℃;
设计送风量(Q主): 105261 m3/h;
烟气体积(Qy): 361161 m3/h。
1.2 锅炉基本尺寸
锅筒标高: 28880 mm;
最高点标高: 32600 mm;
炉膛宽度(两侧水冷壁中心线距离): 6336 mm;
炉膛深度(前后水冷壁中心线距离): 6336 mm;
锅炉宽度(左右柱中心线距离: 9300 mm;
锅炉深度(Z1 柱尾部后墙中心): 15220 mm;
锅炉最大宽度(包括平台): 15000 mm;
锅炉最大深度(包括平台): 18660 mm;
锅炉运转层标高: 8000 mm。
1.3 锅炉燃料用量（表1）
1.4 煤气热值
煤气热值的检测值如下：
高炉煤气：3631 kJ/m3；
转炉煤气：6379 kJ/m3；
焦炉煤气：16545 kJ/m3 。
1.5 煤气主要成分（表2）
2 燃烧器
2.1 以炉膛整体为低氮设计单元
多燃烧器炉膛的燃烧器运行时，相互之间存在除火焰接触之外的相互影响和关联，尤其是对于低氮燃烧来讲，多燃烧器炉膛的清洁燃烧理念和单燃烧器炉膛清洁燃烧既有相通之处，又不能完全相同。燃烧器低氮改造方案以整个炉膛为整体燃烧单元，从整个炉膛的角度进行低氮设计。锅炉上、中、下三层燃烧器选取不同技术原理的低氮燃烧器，在不改动水冷壁的前提下，实现整个炉膛协调燃烧。从燃烧氛围的角度出发，从下往上三层燃烧区域及SOFA 风区域分别设计为还原性燃烧区域、弱氧化性燃烧器区域和强氧化性燃烧区域。（图1）
下层燃烧器选择LCRS-2-Ⅰ型半预混强旋流燃烧器。保证在还原性气氛下，燃料和助燃风混合均匀，尽量避免出现局部氧化性的氛围，从而有效地抑制NOx 的生成进程。
中层燃烧器选择LCRS-2-Ⅱ型弱旋流分级配风燃烧器。通过分级配风，控制燃烧过程中火焰各位置的燃烧剧烈程度，避免出现局部的氧浓度过高的区域，从而抑制NOx 的生成。
上层燃烧器选择LCRS-2-Ⅲ型直流分级配风燃烧器。通过分级配风，控制燃烧过程中火焰各位置的燃烧剧烈程度，避免出现局部的氧浓度过高的区域，从而抑制NOx 的生成（见图2），同时为下中层为完全燃尽的燃料及中间产物提供助燃空气，保证燃料燃尽率。
根据NOx 的生成和抑制原理，在还原性气氛下，NOx 或中间产物被还原成N2。因此在还原性燃烧区域只会生成微量的NOx。随着燃烧反应的进程，下、中层燃烧区域生成大量的烟气，随炉膛向上流动，很大程度的稀释了上层燃烧区域的氧浓度，虽然该区域空燃比大于一，但由于氧浓度很低，所以NOx 的生成进程也得到了很好的抑制，NOx 的生成量也很小。
2.2 高效低氮燃烧器
同样，每一台燃烧器本身也按照高效低氮结构设计。燃烧器采用高效低氮低热值燃气燃烧器LCRS-2。
燃烧器主燃料为高炉煤气、点火燃料为焦炉煤气。烟气中有害成分包括游离碳和NOX 两部分。
LCRS-2 型燃烧器主要是通过采用经过优化设计的旋流叶片使空气和煤气以合适的强度混合均匀，避免游离碳的生成。降低燃烧过剩空气系数和火焰温度是减少NOX 的有效措施。通过强化燃料与空气的混合来降低过剩空气系数；通过分级分段配风控制火焰各区域的氧浓度和温度，从而实现减少NOX 的生产量。
同时燃烧器各部分流体旋流装置的设计充分考虑炉膛的结构尺寸，在保证混合均匀的前提下，按照炉膛截面尺寸设计旋流装置的旋流强度，控制混合的进程，既保证混合均匀，又保证火焰在整个炉膛内的充满度良好，避免局部温度峰值的出现，可以大大的降低NOx 的生成。
焦炉煤气喷枪布置于燃烧器的中心轴线上，喷枪外围设置旋流叶片式稳燃装置，保证可靠点火和稳定燃烧。稳燃装置和喷枪枪头均采用耐热钢制作，保证燃烧器的使用寿命。（见图3）
2.3 SOFA 风系统
根据锅炉整体燃烧工况，本次改造在主燃烧器上方增加燃尽风；每只燃尽风装置可以独立运行，4只燃尽风风量占总风量的15%~20% 左右。燃尽风装置设有气流旋向可调装置，热态调试时根据现场情况通过手动调节确定合适位置；通过燃尽风的补充热风，加强烟气混合，促进已经生成的氮氧化物一部分得到还原。同时气流扰动，促进未燃尽燃料的燃烧也起到增强气温调节的作用。
燃尽风喷口示意图见图4。
燃尽风风源取自主热风道，新增风道配独立风门，燃尽风风门可配电动（或气动）执行机构，执行器控制部分需新增控制系统接控制室DCS。风门可以单个操作，也可同层同操。
2.4 烟气外循环系统
考虑到锅炉实际运行情况及锅炉特殊的结构形式，本次改造项目锅炉因）在锅炉中心位置设计有稳燃用的蓄热锥，为保证在高负荷及煤气组分波动较大的工况下，NOx 排放满足环保要求，需从锅炉尾部抽取低温烟气引入助燃风管道，与助燃风充分混合然后进入燃烧器风箱，烟气与燃烧空气混合后O2浓度下降至18%～20%，火焰温度降低100 ～ 150 ℃，采用本方法可将NOx 排放量在原有基础上降低50%～70%。烟气再循环系统需增设烟气再循环风机、烟气调节阀、烟气流量计等设备，在不同负荷根据最佳燃烧工况要求合理精确调整混入烟气量。
3 实施效果及效益
低氮燃烧器+SOFA 风+烟气外循环的多重低氮措施，正常工况下NOx 排放值始终小于30mg/m3。该项目取得了良好的经济效益和环保效益，在行业中具有推广价值。
