燃气锅炉大气式低氮燃烧器的试验研究

燃气锅炉大气式低氮燃烧器的试验研究

李秋裕,梁家乐

阿诗丹顿燃具有限公司  广东  中山  528400

摘要：目前市场上销售的燃气壁挂炉的NOx的排放水平基本上在2~3级之间，随着NOx排放要求的加强，NOx低排放将成为燃气壁挂炉的一个强制性指标，因而应加强对低NOx燃气壁挂炉燃烧器的技术开发，在节约成本的同时又满足低氮排放的要求，本文通过研究分析，理论结合实验数据来设计大气式低氮燃烧器。

关键词：壁挂炉；NOx排放；污染

1．前沿

随着国家煤改政策的推行，燃气壁挂炉市场如火如荼，而随着国家碳中和政策及国家煤改气工程的进行，天然气消耗量不断增大，如何减少燃气燃烧后产生的废气，降低雾霾天气、水资源污染、温室效应等恶劣的环境因数对人类健康的威胁，也成为燃气具产品设计和开发的基本理念。为此，全国相当部分城市环保的要求也越来越严格，特别是对于NOx排放的规定，从原来的2~3级提升到4级(100mg/kw.h)，个别地方还要求5级以下。

基于以上节能减排方面的考虑，本文通过研究与实验，对常规壁挂炉燃烧器的改进，通过增加火孔面积、浓淡燃烧等方法对NOx进行降低。

2、抑制NOX的方法

2.1降低NOx的燃烧技术

NOx是由燃烧产生的，而燃烧方法和燃烧条件对NOx的生成有较大影响，因此可以通过改进燃烧技术来降低NOx，其主要途径如下：

a降低空气过剩系数，组织过浓燃烧，来降低燃料周围氧的浓度；

b在过剩空气少的情况下，降低温度峰值以减少“热反应NO”；

c在氧浓度较低情况下，增加可燃物在火焰前峰和反应区中停留的时间。

d减少NOx的形成和排放通常运用的具体方法为：分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等。

2.2一般常用低氮氧化物燃烧器简介

燃烧器是壁挂炉的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等

过程，因此，要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术，低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类：

(1)阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器，使燃料与空气分段混合燃烧，由于燃烧偏离理论当量比，故可降低NOx的生成。

(2)浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，燃烧温度低，因而NOx生成受到抑制，燃料过浓与空气过剩两组燃烧分别完成后再组合实现

完全燃烧，这时剩余燃气与剩余空气是在烟气中完成完全燃烧，故燃烧温度与氧

浓度均低，NOX生成受到抑制，这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

(3)低NOx预燃室燃烧器

预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术，预燃室一般由一次风(或二次风)和燃料喷射系统等组成，燃料和一次风快速混合，在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物，由于缺氧，只是部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，因此减少了NOx的生成。

(4)全预混燃烧器

燃气全预混燃烧是指燃气在燃烧器前与足够的空气进行充分混合，在燃烧的过程中不再需要供给空气的燃烧方式。全预混燃烧器燃烧过程过剩空气量少，氧浓度低，同时火焰温度均匀，防止了局部高温产生，故NOX生成量少。

由于使用常规的专用燃烧器能够有效的降低氮氧化物，但成本较高，为应对市场竞争及成本优化考虑，故本文主要研究现状常规大气式普通燃烧器的降氮措施。

3、普通大气式燃烧器降氮

3.1普通大气式燃烧器的性能

目前国内壁挂炉的燃烧器基本是单片燃烧的最大负荷是2KW左右，普通大气式燃烧器12排，喷嘴1.28，火排间距17mm，热交换器长度230mm，整机燃烧，测试数据如下：

由测试数据看出全负荷状态下未折算的NO含量为36.8ppm，按照测量值的

权重因子：

根据GB25034-2010附录E计算公式折算普通大气式燃烧器的NO排放量在120-140mg/kw.h左右；NOX排放等级为3级。

3.2普通大气式燃烧器的降氮措施

在原来的壁挂炉安装尺寸不变的情况下，将燃烧器由12排改为15排，间距

由17改为13，喷嘴由1.28改为1.0，单片负荷为1.6KW。

通过计算该款普通大气式燃烧器的NO排放量为80-100mg/kw.h左右；NOX排放等级为4级。

该款燃烧器通过1、减少单个火排的功率，从而减少火焰温度，降低氮氧化合物生成；

2.减少二次空气的补充，减少NO与O2的再燃烧，从而降低氮氧化合物生成。

进一步地优化整机性能，可

以通过小负荷状态下调节风机转速来达到更好的燃烧状况。

3.3普通浓淡燃烧器

另外一种降氮的方法类似于浓淡燃烧，其燃烧器结构如图1

图1

通过计算该款普通燃烧器NO排放量为80-100mg/kw.h左右；NOX排放等级为4级。

该款燃烧器单片负荷为2KW，类似于浓淡燃烧，其原理是使一部分燃料作过浓燃烧，另一部分燃料作过淡燃烧，但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧，燃烧温度低，因而NOx生成受到抑制，燃料过浓与空气过剩两组燃烧分别完成后再组合实现完全燃烧，这时剩余燃气与剩余空气是在烟气中完成完全燃烧，故燃烧温度与氧浓度均低，NOX生成受到抑制。

4、总结

目前市面上的低氮燃烧器，高端的基本为全预混燃烧器，中端的为水冷燃烧器，都由于其价格过高，对整机成本造成很大的影响，故急需开发低端的低氮燃烧器。

综上理论与实践证明，可以通过减少燃烧器单片负荷来降低火焰温度，通过减少二次空气的补充来减少NO与O2的再燃烧来设计普通低氮燃烧器；也可以通过类似于浓淡燃烧的方式来设计普通低氮燃烧器；在降低烟气中NOX的同时，往往会导致烟气中的CO含量增加和热效率降低，因此，在采取降低NOX措施时候，必须考虑CO和热效率两个指标，必须三者兼顾。这也是低NOX壁挂炉研究的难度所在。

参考文献：

[1]夏昭知，燃气热水器[M]，重庆大学出版社，2002

[2]郭全.燃气壁挂锅炉及其应用技术.中国建筑工业出版社,2008