生态环境部《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271）对燃气锅炉NOx排放限值不断收紧，重点地区已执行30mg/Nm³的超低排放要求。全国约有29.33万台在役锅炉，其中燃气锅炉占比持续提升，低氮燃烧改造市场规模超过200亿元。面对分级燃烧、烟气再循环（FGR）、全预混表面燃烧等多种技术路线，企业应如何选择？
分级燃烧技术
分级燃烧的原理是将燃烧所需空气分两级或多级供给，第一级供给70%至80%的理论空气量，在缺氧富燃条件下降低火焰温度、抑制热力型NOx生成；第二级供给剩余空气，在贫燃条件下完成燃尽。对于燃气锅炉，通常还结合燃料分级，即将部分燃气从主燃烧区上方喷入，形成再燃区还原已生成的NOx。
分级燃烧的改造成本相对较低，单台燃气锅炉改造费用约8万至20万元（不含SNCR/SCR后端脱硝）。改造后NOx排放可从120至150mg/Nm³降至60至80mg/Nm³。但该路线单独使用难以稳定达到30mg/Nm³以下，通常需要与FGR联用。分级燃烧对锅炉热效率的影响较小，一般降低0.5至1.5个百分点，但可能增加CO排放，需要通过配风优化控制。
烟气再循环（FGR）技术
FGR技术是从锅炉尾部烟道抽取15%至25%的低温烟气（约150℃至200℃），通过FGR风机送入炉膛或燃烧器。再循环烟气稀释了燃烧区的氧浓度，同时大量惰性气体吸收燃烧热，显著降低火焰峰值温度，从而抑制热力型NOx生成。FGR是目前燃气锅炉低氮改造中应用最广泛的技术，约占改造项目的60%以上。
某热力公司对3台29MW燃气热水锅炉实施FGR改造，FGR率控制在18%至22%，NOx排放从改造前的130mg/Nm³降至25mg/Nm³以下，稳定满足30mg/Nm³要求。改造投资单台约25万至35万元（含FGR风机、管道、阀门和控制改造）。但FGR也带来一些副作用：首先，烟气量增加导致排烟热损失增大，热效率降低1.5至3个百分点；其次，再循环烟气中的水分和硫化物可能加速燃烧器和烟道腐蚀，应选用耐腐蚀材料；第三，FGR增加了风机电耗，约占锅炉总电耗的8%至12%。
FGR改造中最常见的问题是燃烧振动。当FGR率过高或配风不当时，炉膛内可能产生低频振荡，严重时导致炉墙和烟道共振。解决方案包括优化燃烧器出口流场、在FGR管道上设置消音器、采用变频FGR风机实现精确配比控制。建议FGR系统投运初期由燃烧器厂家技术人员进行调试，建立FGR率与负荷的对应曲线，避免在全工况下固定FGR率。
全预混表面燃烧技术
全预混表面燃烧是在燃烧前将燃气与空气完全预混，然后通过金属纤维或陶瓷表面燃烧器进行燃烧。由于预混均匀且燃烧表面温度分布均匀，火焰温度峰值低，NOx排放可控制在15至30mg/Nm³，无需FGR。该技术在中小型燃气锅炉（≤4MW）上应用较多，如真空热水锅炉和模块锅炉。
全预混燃烧的优势是热效率高（通常可达95%以上）、燃烧完全、CO排放低。但对燃气气质和空气清洁度要求高，燃气中的杂质和灰尘容易堵塞燃烧器表面微孔，需要定期清洗。此外，全预混燃烧器的调节比通常为5:1至7:1，在低负荷工况下燃烧稳定性不如FGR方案。单台燃烧器更换费用约5万至15万元，但大容径锅炉（＞10MW）可用的全预混燃烧器型号有限。
技术路线选择建议
三种技术路线各有优劣，选择时应综合考虑锅炉容量、运行负荷特性、排放要求和改造预算。对于1至4MW的小型燃气锅炉，全预混表面燃烧器是最简洁的方案，改造周期短、效果稳定；对于4至20MW的中型燃气锅炉，FGR+分级燃烧组合方案性价比最高，可稳定达到30mg/Nm³；对于20MW以上的大型电站燃气锅炉，通常采用低氮燃烧器+FGR+SCR的组合工艺。
TSG 11-2020第1.5条规定，锅炉改造应当由具备相应资质的单位进行，改造方案应当经核准。低氮燃烧改造涉及燃烧系统和控制系统的变更，属于锅炉改造范畴，施工前应向特种设备安全监督管理部门告知，完工后需进行监督检验。
锅炉圈（www.guoluquan.com）持续关注锅炉低氮改造政策动态和技术发展，提供不同炉型、不同燃料的低氮改造案例参考。关注锅炉圈，获取更多环保改造的实战方案，也可访问www.cheermore.cn。