何秋菊 郑大元 赵军 孙建福
1. 北京奔驰汽车有限公司 北京 100176；
2. 北京汇恒远大科技有限公司 北京 100176
国务院发布《大气污染防治行动计划》，北京市发布《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》[1]。
打造低碳、环境友好、可持续发展的绿色工厂是北京奔驰走向卓越2039的核心目标之一。
1.1 发动机厂区能源中心
4台5.6MW燃气锅炉1台2.1MW燃气锅炉更新为3台4.2MW低氮燃气锅炉。
1.2 后驱车厂区能源中心
①4台17.5MW燃气锅炉进行低氮燃烧器改造。②5台7.5MW燃气锅炉更新为2台14MW低氮燃气锅炉。③由发动机厂区能源中心搬迁过来2台5.6MW锅炉，进行低氮燃烧器改造。④2台1.4MW燃气锅炉进行低氮燃烧器改造。
1.3 前驱车厂区能源中心
①2台17.5MW燃气锅炉进行低氮燃烧器改造。②新增2台17.5MW低氮燃气锅炉。
燃气完全燃烧的产物是由氮气（N2）三原子气体RO2（CO2，SO2）和水蒸气及氮化物组成。燃气中的硫分以硫化氢（H2S）和有机硫的形式存在。燃气中的可燃硫在燃烧过程中，大部分形成SO2，小部分SO3，而其中SO2和烟气中水蒸气形成硫酸气，在低于其露点时凝结，对金属有强烈的腐蚀性，燃烧过程产生的氮氧化物是在燃料与空气高温燃烧时产生的，基本上是NO和NO2，其中NO约占95%（体积分数），NO2占5%（体积分数）。NO在大气中容易被氧化成NO2。氮的氧化物污染是指烟气中NO和NOX（总称NOX），空气中的NO2含量为3.5ppm时对人眼有刺激作用，达到150ppm时，对人呼吸器官有强烈的刺激性，与大气中的烃类气体在日光和氧的作用下生成化学烟雾。NOX经光照射后，分散出游离氧原子，与氧气反应成臭氧（O3），O3与空气中的烃类反应成乙醛、过氧化硝酰等，长期吸入对人体危害较大。N2O会引起温室效应，在光合作用下释放出氮原子，破坏臭氧分子，导致臭氧层减少。
3.1 低氮燃烧器工作原理
本项目采用ES—GE燃烧器，是一种工业用电子比例调节天然气燃烧器，采用电子比例调节式控制，对每一个负荷点，每一路风、燃气、FGR烟气接受最佳的配比设定，独立的点火位置, 可以确保燃烧器启动的安全性；
调节空气/燃气/FGR烟气比，实现燃气充分燃烧和低NOx排放的稳定[2]。燃烧器BMS控制，运行参数可以修改，如带检漏功能、电子空燃比功能、负荷调节PID功能、变频功能、FGR烟气自动调节功能、氧量监控功能等；
燃烧器的自动功能在自动系统中得以实现。
3.2 燃烧器的技术特点及说明
对于燃气锅炉生成NOX的途径主要有3种：热力型、燃料型、快速型，主要是热力型NOX。在外部条件不变的情况下，炉膛温度、燃料和空气的混合程序决定了NOX排放值的高低。针对氮氧化物排放的因素，燃烧器有以下技术措施降低NOx：
3.2.1 分级分区燃烧。燃烧器采用中心燃烧和外围多枪嘴燃烧技术，形成多区域燃烧，扩大了燃烧区域，降低局部高温，降低NOx的生成；
图1 燃烧器分级分区燃烧
3.2.2 炉内烟气再循环技术。本项目要求新增锅炉烟气NOx排放浓度≤30 mg/Nm3（北京检测标准下），改造锅炉烟气NOx排放浓度≤80 mg/Nm3（北京检测标准下）。需要增加烟气再循环系统，将部分烟气回收进入燃烧器再次利用，并在烟气口增加FGR烟气调节阀。在不改变原有鼓风机的情况下，增加FGR系统（烟气回流系统），以达到降低NOx的目的；
考虑到锅炉鼓风机余量不足，因此FGR系统增加1台独立风机和调节阀，抽取并控制部分高温烟气和锅炉鼓风机的冷风混合进入燃烧器，控制局部高温区火焰温度低于1500℃，同时降低局部高温区混合气体中O2体积百分比，从而达到降低NOx的目的。
4.1 锅炉烟气节能器
燃气锅炉系统节能技术主要从改善燃气质量、提高燃烧效率和烟气排放余热利用等方面，降低运行成本。锅炉烟气节能器就是利用烟气节能潜力。为防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态下，燃气锅炉的排烟温度一般不低于180℃，最高可达250℃。高温烟气排放造成大量热能浪费，同时污染环境。1Nm3天然气燃烧后会放出9450Kcal的热量，其中显热为8500Kcal，水蒸气含有的热量（潜热）为950Kcal。燃气锅炉可利用的热能是8500Kcal的显热。供热行业中常规计算天然气热值一般以8500Kcal/Nm3为基础计算。这样，天然气的实际总发热量9450Kcal与天然气的显热8500Kcal比例关系以百分数表示就是111%，其中显热部分占100%，潜热部分占11%，对于传统燃气锅炉来说，潜热部分的热量在运行中实际上被全部浪费。高温烟气排放造成的排烟热损失，主要为烟气显热和蒸汽潜热。假设烟气温度200℃降低至70℃，1 Nm3天然气燃烧后的排烟中，可放出物理显热约1600KJ，水蒸气冷凝率取50%，可放出汽化潜热约1850KJ，即总计放热达3450KJ[3]。这正是燃气锅炉节能的潜力所在。本项目锅炉厂家采用独立自主研发的锅炉配套节能器。节能器是燃油（气）锅炉提高热效率的专用辅机，它能很好地回收锅炉尾部烟气中大部分的余热，来加热锅炉给水，降低排烟温度，以达到提高燃料利用率的目的。
锅炉专利节能器采用先进的螺旋翅片管生产技术，利用螺旋管高频焊接生产线制造。节能器由一系列螺旋翅片管、进出口集箱、弯管、保温材料和其他一些辅助材料构成；
节能器被安装在锅炉尾部烟道，锅炉给水（65℃）经过节能器后再进入锅炉，利用锅炉排出的高温烟气加热给水，螺旋翅片管作为换热管束，卧式串联布置，给水在管内流动，烟气则在管外冲刷进行换热，在节能器上装有温度计，压力表，安全阀等仪表装置，保证了节能器安全、稳定的运行。
螺旋翅片管是一种新型高效换热元件，通过高频电阻焊把金属翅片螺旋形焊接于钢管壁面上，使金属翅片与钢管焊接成为一体。采用高频焊接工艺，焊接热影响区小，自冷作用强，焊接不易氧化，焊着率可达95%以上。螺旋翅片可改进气体湍流程度，改进传热速率，起到强化传热的作用，烟气流动阻力低，并且使烟气产生漩涡，飞灰颗粒撞击到管壁的机会很少，不容易产生积灰现象。与传统光管式节能器相比，螺旋翅片管节能器能大幅度扩展换热面积（一般为光管的几倍甚至十几倍），从而使节能器的传热面积增加，体积减小，结构紧凑，减少了受压弯头和焊缝数量，并增强了传热效果。螺旋翅片管还有适应温度广，耐腐蚀，承受压力高等特点。
对于传统燃气锅炉来说，潜热部分的热量在运行中实际上被全部浪费。高温烟气排放造成的排烟热损失，主要为烟气显热和蒸汽潜热。经理论计算和实测数据表明，使用螺旋翅片管节能器，能使锅炉排烟温度降低80℃左右（≤90℃），锅炉效率由不带节能器的91%提高到96%～97%，增加5-6个百分点，节能效果十分显著。
4.2 锅炉燃烧器
燃气燃烧器构造由以下5个系统组成：送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。当天然气由微电脑控制系统按程序控制进入燃烧器的燃烧头内，由一次风与可燃气体混合，点火燃烧，二次风助燃，实现充分燃烧。燃烧状况由火焰自动跟踪系统检测控制燃烧，当燃烧出现故障（燃烧室缺氧、可燃气体欠压、可燃烧气体断流、气量不足等），控制系统发出指令，供气系统的电磁阀迅速关闭，切断气电源，燃烧器自动吹扫后停机，指示故障[4]。ES-GE电子调节燃烧器热适应燃气压力波动能力强，自行调节一次配风（即燃气压力大，吸入一次风多；
燃气压力小，吸入一次风少），燃烧充分，热效率高。能节约燃气4%以上。
4.3 锅炉监控系统
燃气锅炉自控系统，通过对供热负荷、环境温度以及系统运行参数的监测，动态调节锅炉的运行模式和火力配置，同时对烟气余热回收、循环水泵变频运行等部分进行自动监控。系统具有丰富的组态功能，实时显示锅炉运行状态、气候补偿数据、变频水泵状态、燃气消耗等相关运行参数。实时跟踪供热负荷和环境温度变化，控制锅炉变负荷运行以及变流量循环。通过自控系统控制并联运行锅炉投入台数、火力大小的自动配合，实现锅炉变负荷运行。锅炉控制系统对锅炉的给水、燃烧等热工过程变量进行自动调节。实现锅炉的自动控制，进行精细化节能运行。降低燃气、电力消耗。
5.1 锅炉运行燃气消耗量对比
同期数据对比：全年节约燃气量总计节约天然气200万m3。
5.2 节约运行费用
节约费用：总计每年节约燃气费用540万元人民币。
锅炉低氮改造项目完成后，新增锅炉烟气NOx排放浓度≤30mg/Nm3（北京检测标准下），改造锅炉烟气NOx排放浓度≤80mg/Nm3（北京检测标准下）。已通过北京市特种设备检测中心和北京经济技术开发区环境保护局的验收。
在锅炉改造施工期间，保障工厂正常生产所需的热源供应。锅炉更新换代，锅炉单台节能16%，实现“双降”（降低氮氧化物排放同时降低锅炉能耗总量），如期兑现向北京经济技术开发区的节能减排承诺。
北京奔驰倡导以提高能源利用效率和改善生态环境质量为目标，促进生产转型升级，实现企业发展与环境改善双赢。绿色生产与绿色生活相融合，青山绿水就是金山银山。
猜你喜欢翅片管燃气锅炉燃烧器数值模拟研究燃烧器重要参数的影响建材发展导向(2021年7期)2021-07-16福建省燃气锅炉分布与能效环保调查分析节能技术(2020年1期)2020-07-16NTFB低氮燃烧器介绍上海节能(2020年3期)2020-04-13翅片管式换热器的传热研究进展制冷(2019年2期)2019-12-09燃气锅炉检验过程中常见问题及处理中国设备工程(2018年22期)2018-12-17乌鲁木齐市采暖期供暖燃气锅炉现状分析及对策资源节约与环保(2018年10期)2018-11-13纵向涡发生器对百叶窗翅片管换热器性能的提升制冷技术(2016年3期)2016-12-01门头沟区医院燃煤锅炉改燃气锅炉安装工程投资北京(2016年10期)2016-11-23600MW机组锅炉低氮燃烧器运行特性分析广西电力(2016年1期)2016-07-18低氮燃烧器改造后的主汽温调整工业设计(2016年6期)2016-04-17
