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1、1燃气锅炉燃烧器的构造 n主讲人：王刚前21 概述n 燃气供热锅炉因其节能、环保、自动化 程度高、燃烧调整方便、升降温速度快、 锅炉热效率高等诸多优点在供热行业越来 越受到人们的青睐和广泛应用。由于其使 用的燃料是易燃易爆的燃气，因此，燃气 的燃烧状态对锅炉的安全运行起到了至关 重要的作用。 3n 下面以新疆某热力公司现有的3台SZS29 -1.6/130/70-QT型燃气锅炉为例分析：n 锅炉均由上海某锅炉厂制造和安装，燃 烧器采用德国扎克公司产品，为SG300鼓 风型微正压燃烧器，燃料为本地产的天然 气。燃烧器负荷分为10档，运行时每档所 需的天然气量和空气量已由扎克公司技术 人员设置好，
2、使用者无法调节 德国生产的扎克燃烧器意大利生产的百得燃烧器6n 燃烧器燃烧需要的空气 由鼓风机输送，分为一次 风和二次风。一次风经过 燃烧器的前风箱后形成多 股状，与从燃烧器气环喷 孔喷出的多股状天然气形 成混合气体，并通过燃烧 器的稳焰盘向炉膛四周均 匀扩散，一次风约占总风 量的70%。2 燃烧器烧原理9n 二次风以单股状经过燃烧器中间DN150mm 的管道由扩散器向炉膛四周均匀扩散，二次风约 占总风量的30%。一次风可以强烈扰动天然气， 迫使天然气的流向由径向向轴向弯曲，使混合气 体通过导向叶片后旋转。天然气燃烧器采用垂直 交叉混合方式，天然气从喷孔以锅炉径向方向喷 出，一次风以锅炉轴向方
3、向喷出，两股气体垂直 混合，最终使混合气体的核心为马蹄形状的天然 气，空气包裹在马蹄四周。燃烧器的气环上有6个 喷孔区，每个喷孔区内有40个直径为6mm的喷 孔。 n当锅炉负荷最大时天然气在喷孔处的流速可达100m/s ，一次风的流速为40m/s。根据下式可以计算天然气从 喷孔出来经过多长距离后其流向才与空气流平行并混 合n式中L天然气入射后的折服距离或入射深度，n k天然气喷孔形状分布系数，取1.62.2n d天然气喷孔直径，mmn v1天然气流速，m/sn 1天然气密度，kg/m3n v2一次风流速，m/sn 2空气密度，kg/m3n d天然气从喷孔喷出时流向与一次风流向的夹角13n 天然
4、气的密度为0.8kg/m3，空气的密度为1.29kg/m3：当天然气流向与一次风流向垂直时，d=90；取k=2，经计算得L=24mm。即天然气从喷孔喷出后在锅炉径向的入射深度达到24mm后，其速度方向从径向改变为轴向，与一次风气流平行。从理论上分析，如果保持两种气流的平行流动则只能靠扩散作用混合天然气，其混合效果肯定不佳，产生的火焰偏软且发红。而且由于燃烧器气环上只有6个喷孔区，导致天然气像6片花瓣那样分布，在花瓣位置处天然气过浓，而在花瓣之间基本没有天然气存在。 14n 通过调节导向叶片角度来调节混合气体的旋转方向，既可以使天然气折服，又可以依靠旋转角度使天然气在360方向上均匀分布。另外，
5、混合气可以在稳焰盘处产生稳定的负压区，使高温天然气回流，保证稳定燃烧。15n 在燃烧器燃烧调节中，要依靠氧量控制柜对天然气量进行微调，保持空燃比在合理范围内。氧量控制柜不能调节空气量。氧量控制柜工作原理及作用是：通过烟道内的探头测量烟气的含氧量，当含氧量高时，燃烧控制系统会自动增大天然气量；当含氧量低时，燃烧控制系统会自动减少天然气量。氧量控制柜根据探头测得的含氧量，利用空气压缩机(3台锅炉共用)产生的压缩空气调节天然气调节阀来控制天然气的压力，从而达到调节天然气流量的目的。 16燃烧器在正常工作情况 下，天然气的压力为22 45kPa。鼓风机的风压为4 6kPa。燃烧器负荷不同 时，天然气压
6、力和鼓风机风 压不同，但始终保证在此范 围内变化，否则会影响燃烧 器的正常燃烧。燃烧器正常 燃烧火焰见图2。 3 存在问题n 该车间天然气锅炉供 热运行多年，前期燃烧 器运行状况良好，但近 年发现燃烧器运行不稳 定。锅炉运行时存在的 主要问题如下：n 燃烧器火焰为不 规则马蹄状，并且朝水 冷壁管处偏烧，火焰呈 黄色。燃烧器不正常燃 烧火焰见图3。18燃烧室（炉胆 ）回 燃 室n 锅炉水冷壁管上 有发黑区，形成炭 黑，见图4。n2009年经西北节 能监测中心对锅炉 的烟气进行测试，CO严重超标。烟气 测试数据见表1 。 20 人员中毒天然气不完全燃烧会产生大量的C0。由于燃 烧器运行时会产生振动
7、，使炉膛和烟道密封性能 降低而导致C0泄漏。C0的毒性很大，当空气中的 CO体积分数达到10010-6时会使人轻微中毒， 达到(400600)10-6时会使人严重中毒并窒 息，达到400010-6时可使人迅速死亡。4、 不完全燃烧的危害在本次测试中烟气中C0体积分数已经超 过了400010-6，如果烟气中CO泄漏到空 气中，会给操作人员造成致命的危险。只要烟气中存在大量的CO，就会存在危 险。为了防止操作人员中毒，进入锅炉间必 须先打开轴流风机，通风510min，并用 CO检测仪检测，确认空气中CO体积分数小 于10010-6后方可进入锅炉间工作 。22n 产生炭黑n 天然气不完全燃烧产生的炭
8、黑在水冷壁上积聚 会影响热传递，降低锅炉的热效率。在停炉检修 时粘在管壁上的炭黑不易清扫，加大了检修的工 作量，清扫时炭黑四处飞扬，严重危害了员工的 身体健康。23n 天然气耗量大n 天然气完全燃烧后释放的热量比不完全燃烧 要大。天然气的低热值为35.7MJ/m3，如果发生 不完全燃烧，其释放的热量就小于35.7MJ/m3。 在实际生产中表现为天然气消耗量的不同，在同 一供热负荷下不完全燃烧的耗气量要比完全燃烧 的耗气量大。与2006年相同负荷比较，由于不完 全燃烧，2007年每天要多消耗天然气11953m3/d ，这样就造成了不必要的能源浪费。24n5 原因分析天然气锅炉运行中的黄色火焰是一
9、种不完全 燃烧现象。一般表现为火焰长而弱，内焰模糊 ，严重时出现冒黑烟现象。产生黄色火焰和烟 气中CO体积分数偏大的原因是参与燃烧的空气 量不足，或天然气与空气混合不均匀。造成空 气量不足或混合不均匀的原因可能有以下6方面 ：25n 使用天然气品质与设计不符。n 使用天然气压力大大超过额定压力。n 燃烧器周围环境差，影响空气的供给 或空气质量污染严重。n 燃烧器设计不好，混合器效率低。 空气与天然气的配比不合理，存在以 下3个问题：26b. 当燃烧器在高负荷(710档)运行时会产生 振动，长时间振动会导致气门和风门原设置的 固定螺栓发生松动移位使天然气量和空气量发 生变化，造成空燃比不合理，同
10、时也会造成炉 膛和烟道漏风使烟气中02体积分数增大。当 空气量减少较大时，由于天然气仅能微调，造 成空燃比低于正常值，天然气会不完全燃烧并 产生大量的CO。 27当天然气量增大时，由于空气量无控制系统调节，天然 气不完全燃烧会产生黄色火焰、炭黑和大量的CO。当空气 量增大或天然气量减少时天然气将完全燃烧。由于漏风使 烟气中02体积分数增大时，氧量控制柜会自动调节天然气 调节阀来增大天然气量，而漏风并没有参与燃烧，造成烟 气中CO体积分数超标。在10档运行时，1号锅炉烟气中 CO的体积分数超标是由于炉膛、烟道漏风造成的。2号锅 炉烟气中C0的体积分数超标是由于气门螺栓松动和炉膛、 烟道漏风造成的
11、。28nc. 天然气调节阀内部零件老化，导致调节阀减 压不恒定，压力波动较大。 一次风扰动性较差，空气与天然气混合不良 。在燃烧过程中，炉膛中的温度一般较高，天 然气的燃烧速度也较快。如果炉膛内天然气与 空气混合不均匀，会使一些区域的氧气量不足 ，当这些氧气消耗完后，混合气体中只有天然 气而没有氧气，即使炉膛温度很高，燃烧也不 能继续进行。只有当其他区域的氧气与之混合 后，才能继续燃烧。 29n当氧气量不足时，天然气燃烧会产生大量 的CO。因此，应加强气体扰动，增强天然 气的回流。通过分析，造成燃烧器一次风 扰动性差的主要原因如下：n a. 稳焰盘四周导向叶片角度不正确，使 混合气体扰动不强。
12、n b. 鼓风机消声器长时间积灰，造成风道 阻力增大，导致风压偏低，一次风的扰动 性差。30n 在扎克公司技术人员未对燃烧器调节之前，为了防止 各种危害的发生，该供热车间采取了以下临时安全措旆.n 当燃烧器在高负荷(710档)运行时，为了防止烟 气中CO的体积分数超标，在保证供热需求的前提下，停 止氧量控制柜和空气压缩机的运行，停止2号锅炉的运 行，运行1号锅炉和3号锅炉。n 降低锅炉供热负荷时先降低1号锅炉负荷。n 加强锅炉间的强制通风，规定锅炉间通风机24h连 续运行。加强运行人员和值班人员的巡检力度，并将采 取的措施张贴到控制室，组织职工进行学习。 6 采取的临时应急措施317、 解决问
13、题的措施扎克公司技术人员针对出现的问题，采取了以 下措施。 合理调节空燃比a. 拆下天然气调节阀检查，未发现零部件老化 现象。通过检测，天然气流量随着档位在正常范 围内变化(5602970m3/h)。但是在运行中 仍然要定期观察，记录天然气的压力是否一直保 持在正常范围内。32b. 燃烧器在710档下运行，检查气门、风门开 度并适当调节，保证空燃比在合理的范围内。 在调节时必须用烟气分析仪监测烟气中的CO、 NOx等的含量，使其达到安全范围。在调节过 程中必须先增大空气量，随后逐步增大天然气 量，以确保调整过程中的安全性。每档调节确 定后紧固螺栓，在运行中加强检查，防止松动 。加强炉膛和烟道的
14、密封，减少漏风。33c. 正确安装氧量控制柜探头，使氧量控制柜处于 正常工作状态。及时更换损坏的探头，更换后的探 头按照规定加热1h后(加热到730，防止烟道冷 凝水损坏探头)放入烟道。氧量控制柜使用时应注 意两点：断电后必须将探头从烟道中取出；在保温 期暂时停炉不要给氧量控制柜断电，除非保温期结 束，探头一直处于通电状态时表面不会有冷凝水产 生。34n 加强一次风扰动n a. 测试鼓风机风压。风压与2006年对比 有所降低，1号锅炉2006年在档位为1时风 压为5900Pa，而在2007年10月相同档位 却为5544Pa，这样会使一次风的扰动性差 ，容易造成天然气不完全燃烧。安排员工清 理鼓
15、风机消声器上的积灰后，增大了鼓风风 压，提高了一次风的扰动性。35b. 适当调整导向叶片角度，使混合气 体进一步完全混合。这是保证完全燃烧 的一项重要措施。这种调节可以改变火 焰的旋向、长度及炉膛火焰充满度。未 调节前在低档位时火焰朝水冷壁管处偏 烧且火焰不均匀，说明导向叶片旋转角 度存在问题。调节后火焰位于炉膛中部 ，火焰均匀，不存在局部黄色。36 由扎克公司技术人员对1号、2号锅炉 燃烧器重新进行调整后，让1号、2号 锅炉的燃烧器在每一档位运行，重新测 试鼓风风压、天然气流量及压力、烟气 中02、CO、NOx、CO2的体积分数、 排烟温度、过剩空气系数。通过扎克公司技术人员认真调试后， 2008年经克拉玛依市西北节能监测中心 对1号、2号锅烟气进行检测，各项技术 指标均达到了安全运行的要求。1号锅炉 调整后烟气测试数据见表2，2号锅炉调 整后烟气测试数据见表3。8 调整后的测试结果9 仍需解决的问题 锅炉排烟温度高的问题，仍需进行探讨 解决。 燃烧器在运行中还存在一些不可预测的 不稳定性，操作人员无法凭经验判断燃烧器 的运行情况，需要配置一台烟气分析仪进行 检测。 需要对3台锅炉的天然气流量计进行更换 ，以便操作人员随时掌握各种负荷下单台锅 炉天然气的耗量，以便分析燃烧器的运行状 况。冷水n n 谢谢！
