一、项目改造设备方案

1.1 方案概述

本项目采用NTFB 超低氮燃烧器系统解决方案，即更换超低氮燃烧器并配套烟气再循环的方式。

    燃烧器及系统的改造设计，应充分满足现有锅炉设计技术参数与设计燃料的要求，**大限度地利用已有资源，尽量降低改造成本。设计原则为：

• 燃烧器点火及运行过程安全稳定可靠
• 高效节能
• 设计合理，系统易于操作
• 氮氧化物浓度超低排放指标
• 保证锅炉安全、稳定、经济运行

NTFB超低氮燃烧器确保改造后的氮氧化物排放值在30 mg/Nm3以下。

具体包括以下工作内容：

• 拆除旧燃烧设备。

拆除旧燃烧设备，拆除后废旧设备存放至用户指定地点；

• 提供满足技术要求的燃烧器及烟气再循环系统相关设备；

在锅炉尾部烟气出口处加装再循环烟管，通过烟气再循环风门和风机进风箱风门的调节将回收烟气送入鼓风机进风箱与空气混合，控制鼓风机的吸入烟气量，以调节循环烟气量和空气量的配比，确保在进入燃烧器后稳定燃烧，达到降低氮氧化物的目的。同时在烟循系统**低点及鼓风机底部各增加一套疏水装置，将冷凝水排出。

  （3）提供配套燃烧控制系统。

1. 燃烧器控制阀门系统改造；

       提供配套阀组系统，与控制系统相匹配的阀门进行全新更换。

   （5）完成燃烧器及电控系统的安装、调试等工作；在原有位置安装燃烧器。

   （6）试运行、培训与验收。

 

下几节我们将对改造方案进行详尽的分析阐述。

 

1.2 燃烧器选用说明

1.2.1 超低氮新技术、新工艺的说明

方案选用NTFB超低氮燃烧器采用以下新技术新工艺：

1）采用定制模拟仿真设计技术，使燃烧器与原有锅炉**佳匹配，燃烧火焰适合炉膛尺寸，燃烧与排放达到**佳运行要求。

    这项技术对改造项目尤为重要，可以在不改变锅炉结构的情况下，仍可选配**适合其工况的燃烧器，包括使火焰与锅炉炉膛更加匹配，炉膛温度与受热分布更均匀，燃烧更充分, 氮氧化物烟气含量等指标在**佳设计状态，从而达到提高锅炉能效与减排目的，保证锅炉运行稳定与**佳燃烧。

    NTFB在设计阶段采用CFD模拟仿真技术，包括

• 燃烧火焰温度分布仿真
• 燃烧喉口流场状况速度矢量仿真
• 火焰形状与锅炉炉膛尺寸吻合度仿真，
• 氮氧化物、一氧化碳产生等仿真分析

NTFB根据以上仿真结果不断调整设计，再模拟仿真再调整，直至达到**佳结果。

2）喉口采用耐温不锈钢，无需耐火材料，提高喉口质量，降低根部温度，降低氮氧化物产生。

3）采用多级配风和多级级燃料输入使炉内产生内循环，进而使燃烧室利用**大化,降低NOx排放。

4) 采用气枪分层、分段布置的技术，使空气与燃气混合均匀，燃烧充分，稳定无震动，降低氮氧化物。

5)以上技术与烟气再循环技术兼容，可在此基础上进一步降低氮氧化物排放。

 

 

1.2.2消除震动等其它技术优势

1）NTFB燃烧器从低火位到超负荷整个过程中，稳定运行，无震动。

   在燃烧整个过程中，燃烧器震动和以下因素相关：主要是每个负荷段的风量与燃气流量的流速大小及匹配性；火焰与炉膛不匹配，火焰达到一定钢性时产生的冲击；设备间震动频率是否相叠加所产生共振；燃料喷射压力和送风压力的匹配性及与炉膛背压的匹配性；在燃烧中燃气与空气混合是否均匀；燃烧器结构设计不合理、适应性差；燃气管道与风道安装设计不合理。因此，NTFB设计时：

    a）关注燃烧器与锅炉的匹配性，根据技术条件通过仿真设计并进行模拟测试以达到**佳。

b）关注燃烧器内部结构设计，包括枪孔大小，位置，分布状况、角度，以及旋流器结构与位置等。震动与噪音现象，与采用的燃烧技术直接相关，与燃烧稳定性直接相关，也是衡量燃烧技术是否先进的重要标准。NTFB燃烧器可以在任何运行段，使风与燃料混合均匀，流场压力分布与运行状况相匹配。

C) 关注燃烧器在使用烟气在循环时燃烧器流场特性，并使设计结构与其在燃烧过程中烟气、空气、燃料混合时应达到的稳定性相适应。

d）关注风机的选型，从送风机静压与动压与系统背压相匹配性、风机的特性曲线、风量、风压、风道的长短、拐弯的角度及导流R进行了分析，提出现场整改意见，并选择合适的风机。

e)关注在调试阶段燃烧控制回路参数整定，包括风燃比，再循环烟气与空气量比，关注燃烧回路PID调节参数整定等，达到控制燃烧的稳定性。

2）NTFB 关键技术：

    ● 超混合技术

    ● 浓淡燃烧技术

    ● 分级燃烧技术

    ● 内循环技术

    ● 锤式（T型）枪技术

    ● 分层、分段技术

 

1.2.3 NTFB 降氮技术原理说明 

    NOx 的种类包括热力型NOx， 燃料型NOx 和快速型NOx 。对于燃气燃烧器，NOx的主要来源于热力型NOx和快速型NOx。

热力型NOx：

高火焰温度会导致燃烧空气中的氮分子分离和氧结合形成NOx. ZELDOVICH机理解释了热力型NOx的产生过程，以下是反应的两个基本步骤：

       O + N2 = NO + N

       N + O2 = NO + O

       N2 + O2 → 2 NO

热力型NOx生成速率： d[NO]/dt = kp[O2]1/2 [N2]

热力型NO型主要由温度决定，但是氧的浓度和时间也会对其有影响。

快速型NOx当燃料分解，产生燃料自由基，自由基能与氮气结合产生碳自由基。以下是反应的几个基本步骤：

        CH + N2 = HCN + N

        C + N2 = CN + N

        HCN + O = NCO+H

        NCO+H=NH+CO

        NH+H=N+H2

        N+OH=NO+H

     快速型NOx与在单位体积内的碳原子成正比关系。生成的HCN数量随碳氢化合物自由基的浓度的升高而增加。快速型NOx主要来自于燃料过多的浓燃烧区域。

     Cross-X多重燃烧超低氮燃烧器是NTFB经过不懈的努力开发出的一项低氮燃烧新技术，该技术主要基于分层分段的降氮技术理论。枪及喷口采用分层、分段布置方式，使火焰得以充分的展开，在炉膛内形成不同的压力场区域，在炉膛内形成烟气回流区，充分利用了烟气内循环的降氮原理。同时NTFB此种燃烧器的结构布置，避免了火焰过于集中，降低火焰的平均温度，减少氮氧物的产生。在加上烟气回收系统后，实现低氧量情况下超低氮氧化物排放。

 

以上技术与烟气再循环FGR技术兼容，可同时应用。

烟气再循环FGR降低氮氧化物原理已普遍采用，这里不再赘述。

1.2.4 燃烧器质量标准、检测标准及方法的说明 

美国NTFB 燃烧设备有限公司严格按照国际质量管理体系ISO9001：2015运营，并获得相关认证，并根据燃气锅炉运行及燃烧器产品特点，形成了独有质量标准、检测标准与方法。具体介绍如下：

• 流程保证

NTFB公司燃烧器产品从技术分析、三维建模、高端电脑仿真、详细设计，到工艺评定、生产制造与冷热态实验及定型包装出厂及安装服务，形成了一套完整、高效、固定、灵活、先进的设计、制造流程。

燃烧器的各种功能的实现依赖于炉膛设计状况和规格，评价一台燃烧器的性

能高低与其炉膛的交互作用和适用性密切相关。NTFB燃烧器在设计阶段，主要根据客户项目所提供锅炉类型、规格，所处地理位置与环境、燃料特性等技术数据，针对性的设计出与之匹配的燃烧器，然后通过建立三维建模，运用仿真技术进行虚拟测试，得出燃烧火焰大小、温度场、速度场、压力场分布情况。若虚拟测试结果不能满足公司标准，则将进行修正设计，直至虚拟测试结果符合要求。NTFB燃烧器生产制造完成后，经过冷热态试验，对燃烧器、阀组进行厂内调试，保证产品性能与需求和设计吻合。

2）质量与计划管理

a) 严格的采购与外协生产管理以及独立的质量监管机制

    公司所有设计生产和制造的产品严格执行NFPA85等相关行业标准，包括上海诺特飞博燃烧设备有限公司在中国制造的控制系统配套设备，其设计方案、验收标准，均通过美国公司认证通过，其验收结果材料需报美国公司备案。

    公司负责生产总监兼质量总监（首席质量官）  Larry Del Carlo，持有San Mateo学院生产管理证书，该证书由APICS认证。同时也持有沃顿商学院企划和库存管理证书，在燃烧行业生产制造与质量控制方面有几十年的经验。通过长期合作严格筛选，公司有稳定的外协生产商与采购渠道，这些合作伙伴均为通过行业质量管理标准认证，并具有较大规模，在美国乃至国际市场和行业中具有较大的影响力的优秀公司，从而对确保本公司产品质量有根本基础。

    具有丰富经验的专家级工程师和部门人员参与生产整个过程的质量监督管理，并在公司工作流程管理机制下通过管理与验收，包括进行技术论证、燃烧设备与控制系统设计、生产与测试、技术文档与图纸、质量申诉处理等一系列工作，确保每个产品均具有高品质与优异的性能。

b)．项目管理制度

根据项目的需要，公司总体安排生产计划，同时建立项目小组与项目档案，设立项目经理，总体负责项目详细计划的制定，包括对数据分析、初步设计、建模仿真、详细设计、生产、试验、出厂运输和现场安装调试等项目过程进行计划与进度控制，协调项目所需的人力与物质资源。

C) 具体标准

. NTFB 燃烧器及辅助设备标准

?  ASME B31.1 Power Piping美国机械工程师协会动力管道标准

? AWS D1.1 Structural Welding Code. 美国钢结构焊接规范

? NFPA 85 :Boiler and Combustion System Hazards Code 美国消防协会锅炉和燃烧设备危害场所标准

? UL 508: Industrial Control Equipment 美国保险商实验室工业控制设备标准

? NEMA 250: Enclosures for Electrial Equipment 美国电气制造商协会               

? ASME  B16.5 Pipe Flanges and Flanged Fittings 美国机械工程师协会管法兰和法兰管件标准

? API 607 Fire Test for Soft-Seated Quarter-Turn Valves 美国石油协会转1/4周软阀座阀门的耐火试验

? API 598 Valve Inspection and Testing美国石油协会阀门的检查和试验

? API 6D Specification for Pipeline Valves美国石油协会管线阀门

? ASME B16.34a Valves-Flanged, Threaded, and Welding End美国石油协会法兰，螺纹和焊接端连接的阀门

 

 

1. 资质证书

锅炉维修改造许可证

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 燃烧器选型原则

本项目采用的NTFB 燃烧器，是目前国内使用的**先进环保型超低排放燃烧器。

本项目改造、更换原则：

（1）选配的NTFB 燃烧器在设计上，应充分满足用户现有锅炉的技术参数及技术条件，做到**佳匹配。

    （2）**大限度地利用已有资源，尽量降低改造成本，为用户节省投资。

（3）超低氮排放，并且确保安全、稳定、经济运行。

 

1.4 燃烧器基本性能参数

 

燃烧器基本性能参数如下：

Burner 燃烧器	Model 型号	GS11-01-I-07-B
Fuel 燃料		Natural  Gas
Ignition fuel 点火燃料		Natural  Gas
Heat Input 热量输入(额定)	MW	1.4
Heat Input 热量输入(**大)	MW	1.54
Combustion air temperature 燃烧空气温度	℃	常温
Burner efficiency燃烧效率	%	99.99
Rated Voltage & Fluctuation Range额定电压波动范围	%	±10
Regulation mode调节方式		电子比例调节
Required regulated fuel pressure at train inlet 入口燃料所需压力	kpa	15
Gas pressure of valve train阀组前燃气压力	kpa	15
Burner noise燃烧器噪声 （1m处）	dB(A)	≤85
Turndown ratio 调节比		3:1

 

 

每台锅炉整体基本性能：

Excess air 含氧量	%	≤3.5
NOx  氮氧化物排放	mg/m3	30以下
CO  一氧化碳排放	ppm	≤20
Gas flow at rated boiler load 在额定锅炉负荷时燃气流量	Nm3/h	150

 

1.5 燃烧器及辅助设备配置清单

序号	名称	型号规格	数量	单位	品牌	备注
1	NTFB燃烧器	GS11-01-I-07-B	1	台	NTFB
2	控制柜		1	台	迪普
3	电子程控器	BT330	1	件	LAMTEC
4	显示器	UI300	1	件	LAMTEC
5	继电器、接触器等		若干		施耐德
6	点火变压器		1	只	丹弗斯/霍尼韦尔
7	伺服马达	662R5003-0	2	只	LAMTEC
8	风机总成		1	台	（进口）NTFB	含烟气混合箱，伺服马达
9	电机	7.5kw	1	台	NTFB
10	烟循风门总成		1	件	NTFB
11	燃烧头总成	1-2T	1	件	NTFB
12	点火枪总成		1	件	NTFB
13	风压开关	LGW3A2P	1	只	DUNGS
14	火焰检测器	离子探针	1	只	NTFB
15	流量调节阀	/	1	只	NTFB
16	双电磁阀阀体	VGD20.503	1	只	SIEMENS
17	阀门执行器	SKP25.003E2	1	只	SIEMENS	含黄色弹簧
18	阀门执行器	SKP15.000E2	1	只	SIEMENS
19	燃气检漏开关	GW150A6	1	只	DUNGS
20	燃气低压开关	GW50A6	1	只	DUNGS
21	燃气高压开关	GW150A6	1	只	DUNGS
22	过滤器	DN50	1	只	菲奥
24	点火手动球阀	G1/2	1	只	NTFB	不锈钢
	点火电磁阀	（  G1/2 ）	1	只

 

1.6 FGR烟气再循环

FGR通过一部分锅炉烟气回收，与新鲜空气混合，进入燃烧器与燃料混合燃烧，以达到降低氮氧化物的目的。

在锅炉尾部烟气出口处加装再循环烟管，通过烟气再循环挡板将回收烟气送入鼓风机吸入口空气混合，并通过调节鼓风机吸风口挡板和烟气再循环挡板，控制鼓风机的吸入烟气量，以调节循环烟气量和空气量的配比，确保在进入燃烧器后稳定燃烧，达到降低氮氧化物的目的。同时在烟循系统**低点及鼓风机底部各增加一套疏水装置，将冷凝水排出。

由于风机是吸入室内风，风温较高，可以避免鼓风机内部结冰并减少冷凝水，这样不需要额外增加换热器提高风温。

 

 

1.7 控制系统改造

在本次改造项目中，更换控制系统，与**新的超低氮燃烧器系统相匹配。  

NTFB 配套**的燃烧管理系统，包括阀组泄漏检测、预吹扫程序、点火程序、连锁安全保护停炉等，还包括负荷调节、空燃比调节燃烧控制系统、烟气再循环控制等功能

 

1.7.1燃烧管理主要功能

l 具有炉膛自动吹扫程序，并具有炉膛火焰自动检测功能；

l 具有燃烧器自动点火保护程序，并具有点火失败保护报警功能；

l 具有燃烧的安全运行联锁保护程序；

l 具有燃烧的熄火保护程序；

l 燃烧器故障报警，自动停机，手动复位；

l 空气压力低自动报警；

l 燃气压力自动检测；

l 炉膛压力高保护；

l 燃气压力超高、超低报警，自动停机；

l 锅炉出水压力高保护 ；

l 燃烧器监测、自动切换、参数修改等功能。

l 锅炉循环水流量极低及其它锅炉连锁保护。

l 紧急停炉功能

l 重启燃烧器保护：锅炉重新启动需报警复位，检漏正常、风压、炉温等均在正常范围。

 

1.7.2 燃烧顺序控制

BMS 在燃烧器启动阶段，启动前需要对联锁设置进行复位，获得启动信号后进行点火前锅炉炉膛吹扫，吹扫风量≥5倍炉膛容积或者不少于5分钟时间，吹扫结束后送风阀及鼓风变频均降至点火位后启动燃烧器点火装置，燃烧器点火成功后进入燃烧连续自动状态，若点火失败，需检查联锁，并重复上述操作。

停炉阶段，获得停炉信号后，燃烧器负荷下降至点火位，然后关闭燃烧器，若锅炉运行时出现BMS联锁报警，则直接关闭所有燃烧器。燃烧器配有停止和急停按钮。

顺序控制具体步骤如下：

   （1）主燃气阀检漏：吹扫前先要进行对主燃气阀的检漏，只有等检漏通过方可进行前吹扫。否则报警，解决问题后通过复位才能启动。

   （2）启动风机

   （3）前吹扫：在燃烧器进行点火前，**必须进行炉膛吹扫。炉膛吹扫时开启鼓风机，进行吹扫。吹扫时须满足以下条件才能进行点火程序：通过测量和计算通风风量，使得通风风量≥5倍炉膛容积，或采用计时的方式达到吹扫量。

   （4）点火程序： 系统吹扫完毕后，在风压、炉温及锅炉连锁条件正常的情况下，燃烧器进入点火程序，点火子程序为：电子打火—点辅火—点主火—火焰控制。

   （5）当系统点火成功后，燃烧器进入火焰调节。系统引入出水温度作为系统负荷调节的前馈信号，使得燃烧器能更快更好地响应负荷变化。

   

1. 联锁程序：系统在运行过程中，由于出水压力高与给水压力低、燃气压力过低或过高、循环水流量低等联锁保护程序发生作用时，点火程序控制器自动切断燃气供应阀，燃烧器停止燃烧，触摸屏显示故障内容并伴有声光报警。

（7）停炉程序：当系统停炉时，关闭切断燃气供给，进行后吹扫，停止风机。

 

1.7.3燃烧自动控制功能

    以锅炉出水温度/蒸汽压力为被控量，通过PID调节回路运算，调节送风变频、燃烧器挡板和燃气调节阀，从而控制空气量和燃气量，以及合理的风燃比，达到自动调节燃烧负荷和锅炉出水温度/蒸汽压力目的。

具体包括：

1) 燃料自动控制回路

 以出水温度为控制量，通过出水温度/蒸汽压力的设定值和实际值进行PID运算来输出燃料量的增加或减小，从而控制锅炉运行的负荷变化以满足实际出力需求。

2) 空燃比风量自动调节回路

系统根据当前的燃料量，按照风燃比曲线，同时调整燃烧器空气进口档板，使当前空气量与燃料匹配，使燃烧保持合理的**佳空燃比。风燃比曲线是工程师系统调试时根据氧量整定的，在运行时，送风与燃料量输入根据该曲线联动，使氧量基本保证在合理的范围内依照当时燃料量多少来调整风量，从而保证燃烧合理的氧量。若判断风机或变频产生故障，或风压不正常，系统将自动紧急停炉。

燃烧器

诺特飞博

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