油气燃烧器的运行性能与调整措施研究.pdf

第 9期 2 0 1 4年 9月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG NO ． 5 S e p ． 2 01 4 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 4 0 50 0 1 0 0 4 油气燃烧器 的运行性能与调整措 施研 究 王 迪 上海市特种设备监督检验技术研 究院， 上海 2 0 0 3 3 3 摘要 燃油燃气燃烧器是燃油燃气锅炉的核心部件， 它对炯尘和 s O 的排放有重要的影响。本文分别对重 油燃烧器 在非 正常运行 工况 、 轻油燃烧器 、 F M数字式燃烧器这三种情况 的运 行性能 和对炯尘 、 s 0 排放 的影 响进行分 析 ， 最后给 出每个运行情况下 的调整措施 。 关键 词 油气燃烧器 ； 运 行性 能 ； 烟尘 中图分类号 T K 2 2 3 ． 2 3 文献标识码 A P e r f o r ma n c e o f Oi l a n d Ga s B u r n e r a n d A d j u s t me n t Me a s u r e s Wa n g Di S h a n g h a i S p e c i a l E q u i p m e n t S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， S h a n g h a i 2 0 0 3 3 3 ， C h i n a Abs t r a c t Th e f u e l g a s b u r n e r i s t h e k e y c o mp o n e n t o f f ue l g a s b o i l e r ， i t ha s i mp o r t a n t i n fl u e n c e o n s o o t a n d S O2 e mi s s i o n s ． Th i s a r t i c l e s t u d i e s r e s pe c t i v e l y t o h e a v y o i l b u r n e r i n t h e a b n o r ma l o p e r a t i o n c o n d i t i o n， l i g h t o i l b u r n e r ， FM d i g i t a l bu r n e r r u n ni ng p e rfo r ma n c e o f t h e t h r e e s i t u a t i o n s， a n d t o a n a l y z e t h e i n fl u e n c e o f s o o t a n d S O 2 e m i s s i o n a n d a d j u s t m e n t m e a s u r e s o f e a c h o p e r a t i o n c o n d i t i o n i s g i v e n． Ke y wo r d s o i l a n d g a s b u rne r ； o p e r a t i o n p e r f o r ma n c e； s o o t l 概 述 与燃煤锅炉相比， 燃 油燃气锅炉虽然在节能 与环保方面有 了很大的进 步， 但 随着燃油燃气锅 炉数量的不断增加 以及 国家节能与环保政策的不 断推进 ， 如何进一步提高燃油燃气锅炉本身 的节 能与环保性能 已越来越受到关注 。在欧美发达 国 家 ， 为适应针对燃油燃气锅炉越来越严格 的尾气 排放指标尤其是氮氧化物 N O 的排放 ， 以 及提高设备的综合效率以节约能源 ， 许 多新技术 被采用。本 文将 通过对燃 油燃 气锅炉 的核心部 件燃油燃气燃烧器 的运行性能进行分析 ， 并 就其对工业锅炉节能 与环保方面 的影 响进行论 述 。 2 重油燃烧器在 非 正常运行 工况 下 的烟尘污染及调 整措施 重油或渣油燃烧器 的运行性能非 常重要 ， 如 果调试不好 ， 有可能造成燃烧效率下降和大量的 烟尘污染。本文 曾对二 台进 口油炉 油燃烧器也 进 口 在燃用高粘度重油时排 烟处炯尘浓度及排 尘量进行了测试 ， 结果如表 1 所示 收稿 日期 2 0 1 40 52 6 作者简介 王 迪 1 9 7 7一 ， 男， 本科学历 ， 山东莱州人 ， 工作于上海市特种设备监督检 验技术研 究院。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 王迪 油气燃烧器 的运行 性能与调整措施研究 1 1 对于如何对烟尘解析 ， 就要通过用燃油 炉里 的烟尘作为样本 。而且 ， 燃油炉里的关键点不是 整个炉子而是有特定的部位 的， 即处于末梢部位 的通风机的前面和后面的排烟管。因为样品的比 例少而且是类似丝絮的感觉 ， 对于样品的集 聚比 列来说 ， 就要通过称重然后再进行一定方法 的计 算得到 ， 根据这种方法 ， 得出样品的比值是 0 ． 2 8 。 对上文提到的计算方法 ， 我们这里进行详 细 的名称说 明， 即 P W 一2 4 0 0型 x射线荧 光光谱分 析仪与 C H分析仪。 利用这些测试仪测出的数据绘成表 2 。很多 S O 大部分存在于燃烧的烟尘 中， 其原因有两点 一 是燃烧后排 出的烟的温度 比酸露点的温度低得 多 ； 二是燃烧的油 中的 S成分 比较多。当使用粘 度 比较高的重油提供给油炉作为燃料时 ， 燃烧 以 后排放出的烟尘里仅有 比重为 0 ． 0 7 2 3 No ． 1 6 9 8 的完全燃尽的烟尘 ， 而大部分的成分都 由没有完 全燃尽的碳所 占了。 表 2两种重油烟尘灰样成份特性分析 结果表 根据以上的结论可得知 ， 由于燃炉轻油 比重 油的粘度少很多 ， 所 以在燃烧重油时需要 同时减 轻其粘度并且让其温度得到升高 ， 这样就能够很 大的完善重油燃烧后的烟雾雾气化。不过要是将 重油和轻油相 比的话可 以得到 ， 轻油的粒径 比较 细一些 ， 重油 的粒径就比较大一点。 除此之外 ， 外表 固体化与聚集并且缩小 的现 象会发生在这样 的过程 中， 即当油炉高温度燃烧 重油时产生的雾化性油滴 ， 又经过油炉再次燃烧 蒸发形成 了油蒸汽进 而转变为 了焦壳 的整个 过 程 。 要使焦壳膨胀变大直至成 为大的泡泡 ， 必须 要其内部的气压变 高达到一定的气压值 ； 而气压 值的升高又要以气化 的油滴 的温度为基础 ， 只有 当它的温度增高时 ， 重油才会转化成油滴 ； 最后都 要依赖燃烧炉内相对的气流之间传递热量 以及较 高温度的烟雾气体的辐射才能进一步执行上述 的 两个步骤。当全部完成这些步骤 的时候 ， 焦壳在 膨胀变大到极限程度的时候 ， 爆炸分裂就会发生 ， 焦壳和其 中的未燃烧的或者燃烧的气体液体就会 被释放到空气 中， 并且在空气中产生了燃烧 的过 程 。 而对于丝絮形状的没有实心 的细小烟尘的产 生过程 ， 是由于焦壳中的气体液体和空气没有完全 融合所以无法充分燃烧化为灰烬。这种微粒状的 烟雾颗粒质量轻， 拥有 1 0 0到 3 0 0微米 的体积， 因 为它们的体内已经由于膨胀发泡不再是实心的了。 它们也被成为剩余型的、 没有完全燃烧的焦壳。 重油燃烧后形成的类似粉状的灰尘颗粒大概 占空气 中的比例为 7 0 m g ／ N m 是 因为轻油 的灰 尘量比它的少很多。由重油产生的 C H化合物中 的某些化合物如果变成 了碳黑类烟尘 ， 是基 于在 高温中缺少氧气造成 的， 而缺氧 的情况则较 多的 发生在空气不仅稀薄而且其中含有高浓度的油雾 的环境下。 综上所述 ， 我们可 以了解到为什么会形成焦 壳 以及它产生的影响后果 。首先焦壳的产生是由 于使用含有粘度较高 的重油作为燃 炉的燃料 ， 使 得其排出的烟尘变成丝状絮状 的焦壳。其次对于 后果则是加大了燃烧完全 的难度 ， 而具体的原 因 是 由于重油 中的粘度大 以及它 的灰碳成分偏高。 要使得其燃烧排放的烟尘 的浓度符合国家相关规 定 的 1类准则 ， 最基础的就是要 隔绝一切炭黑类 的烟尘颗粒 。而这一点就要求必须使得 絮状的烟 尘颗粒大大降低。寻找根源也就是原材料就是重 油 的属性 ， 也就是它的雾化程度 和是否在炉 内完 全燃烧 。 使得重油燃烧后烟尘的雾化程度减轻的方法 有 几 下几 点 一 是使得燃烧的重油的粘度变低 。对于怎样 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 锅炉制造 总第 2 4 7期 使得燃烧时的温度处于可以确定 的范 围内， 就要 通过取样调查测量其对应的粘度值绘制成 曲线 图 并且依照曲线图进行严格控制。另外 ， 根据有关 实验研究的数据显示 ， 雾化度是其粘度 的 0 ． 2 1 5 次方 。而且烟尘数量 的多少取 决于燃烧 后产 生的焦壳子 的直径大小 ， 同时燃烧的完全程度是 否完全又决定了焦壳的直径。假若所有的环境和 条件都是相同的， 那么燃烧是否完全是由燃烧使 用 的重油的粘度决定 的， 这种粘度值与雾化后颗 粒 的程 度 成正 比。 二是要使用各项性能好并且结构优秀的油枪 设备 。油枪中不同的运转参数 以及它们 的结构 ， 都会影响它们 的雾化程度和质 量。所以， 要想确 定它们的质量 ， 就要用各种不 同的方式进行不同 的具体实验 ， 对运作参数与结构 的最佳化进行核 实确 立 。 要 降低产生的烟雾中所含的碳黑类与剩余型 的烟尘颗粒的比例 ， 就要确保燃烧炉里有最平衡 状态 的 C O 和 0 含量 ， 还有要使得其 中的燃油 与空气处于最佳的组合 ， 这样 才能确保燃烧炉 内 充分混合进而燃烧 。 对于使得焦壳类与剩余类烟尘变得成分少的 方法 ， 最根本 的是提高燃烧油滴 的速度。那么保 温 、 防止漏风 以及操控平衡空气含量并且尽可能 对其加热 ， 当这些都能做到时 ， 燃烧炉内的温度 自 然就会变高。从而达到根本 的方法。 最后为了使 C O 和 0 的产生量变低 ， 可 以 通过用添加重油添加剂 的方式达到再次使油滴雾 化 的 目的 。 那么 ， 通过以上 的方法 ， 再进行 燃烧 时， 取得 排出的烟雾再次进行调查得 到， 其中的浓度还有 烟尘量都大大降低了。说明这些技术对于改善这 方面有很大的作用。使得排放量都通过了国家的 相关 规 定 。 3 轻油燃 烧器 的运 行及 其对烟 尘等 的影响及 其调整措施 轻油 以 0 柴油为例 一般不必加热可直接 经油喷嘴雾化成大量各不相同粒径 的油滴群 ， 由 于其粘度较小 ， 油滴群 的平均直径较小。在油炉 内由于高温烟气 的辐射和对流传热 ， 油雾 中的油 滴表面很快升温 ， 并气化为油气 ； 随着油滴温度的 升高 ， 液体油滴表面的油液不断地气化为油气 ， 使 油滴的粒径越来越小 ， 直到完全蒸发 ； 油气又不断 地 向周围扩散 ， 并与空气相混合 ， 同时在炉内烟气 辐射下油气温度也很快上升 ， 一旦达到着火温度 ， 就发生猛烈燃烧 ； 由于属气体 间均相燃烧 ， 故 燃烧效率很高。轻油中灰份很少 ， 一般 为 0 ． O l ％ 左右 ； 因此其灰份是通过粉尘还有飞灰的颗粒撞 ， 在由燃炉燃烧之后随着空气一起释放的。而燃烧 的重油 中含有的灰分量是决定 了其浓度的主要因 素。由于轻油的不完全燃烧部分从而产生了烟尘 颗粒 ， 叫做复相燃烧 。之所 以总是有不完全燃烧 的发生， 是因为这种燃烧方式 比均匀燃烧油气 的 方式难 。而对于排放 出的烟尘颗粒的数量是 由时 间和温度决定的。 通常的 ， 残余的碳 的颗粒直径是 由油滴 的颗 粒直径决定的， 而燃烧炉里的温度是最终决定因 素。另外 ， 要想减少数量也可以通过处理好混合 的氧气。 那么为什么烟气里没有完全燃烧的颗粒浓度 偏低 ， 那是因为只要保证燃烧的过程在正常 的情 况下 ， 那么轻油内含碳量 的属性 叫低就形成 了燃 烧后 的浓度低 。 除了上述几点 ， 所谓碳黑 ， 是 由于固态颗粒 的 形成 。固态颗粒通常发生在空气稀薄切浓度高的 环境里 ， 由于高温缺氧使得轻油里 的 C H化合物 燃烧高温分解 。例如 C H 一C 炭黑2 H 固体炭黑粒子其直径一般很小 ， 约为 0 ． 0 2～ 0 ． 0 5微米。由于不足量 的空 气量以及温度较低 等 因素 ， 都会使得燃烧它的难度增加 。这种气相 析出型烟尘 由于粒子细 ， 容易粘附在物体表面而 难 以清除。 但如果油气中的碳氢化合物在着火燃烧前 已 和氧混合了， 则情况会大大好转 。在有充足氧气 的条件下 ， 它可以完全燃烧 CH4202 _ C022H2 0 即使混合后氧气并不充分 ， 不能保证完全燃 烧 ， 也 可使其 氧化 为 甲酲 C H ， 0， 而不 致产 生炭 黑 ， 如下式所示 CH402 CH2 0 H2 0 甲 C H 0可进一步分解或在 以后 与氧混合 时进一步完全燃烧。 CH2 O_ C0 H2 CH2 0 02 _ C02H2 0 所 以要想减轻甚至降低碳黑 的产量 ， 就要确 保提供充分的风量 、 使得其余空气结合的很好 进 而促使雾化处于正常的状态之下。对于国家规定 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 王迪 油气燃烧器 的运行性能与调整措施研究 1 3 的其排放需要达到小于 5 0 mg ／ N m 。 4 F M 数 字式燃烧器 的运行性能及 其对烟尘的影响及其调整措施 对于油气工业锅炉而 言， 油气燃烧器 的性能 改进能够进一步影响到工业锅炉 的节能与环保指 标 。这些性能改进主要体现在对燃烧更为精确 的 数字典控制及对燃烧后产生 的污染物 如 N O 的控制方面。 以本文所述的德 国威索燃烧器为例 ， 本文选 取不 同配备的同一种产品作 比较 ， 可以发现根据 产品性能的不 同， 其在环保及节能方 面的效果也 不尽相同。 所选取的三台锅炉 的情况分别如下 1 燃烧器配置 威索 G 7 0 ／ 2一A型燃烧器 ； 标 准型燃烧头 ； 机械 电子式燃烧程序控制器 控制 器型号 L F L 1 ． 3 2 2 ； 燃料与空气 通过机械 连杆装 置联动 2 燃烧器配置 威索 G 7 0 ／ 2一 A型燃烧器； 标 准型燃烧头 ； 数字式 燃烧程序控制器 控制器 型 号 W F MI O 0 ； 燃料与空气通过总线形式 C A N B u s 实现数字式电子联动 3 燃烧器配置 威索 G 7 0 ／ 2一A型燃烧器 ； 低 氮型燃烧头 多火焰技术 ； 数字式燃烧程序控制 器 控制器型号 W F MI O 0 ； 燃料与空气通过总 线形式 C A NB u s 实现数字式电子联动 根据对这三套锅炉燃烧器系统的测试报告 ， 再将 锅炉燃 烧 器系统 的满 负荷 出力 、 烟气成 分 O 和 N O 、 排烟温度及热效率等主要数据加以 汇总 ， 可以得出表 3中的结果 。 表 3 不同性能燃烧器在节能与环保指标上 的区别 表 3中的结果可以反映出 1 进 口和国产 品牌锅炉在使用 优质高效 的 燃烧器并调试正确 的情况下 ， 都能达到较高的热 效率 ； 2 燃烧器采用低氮型燃烧头后 ， 在 N O 排放 指标方面相对于标准型而言有很大提高； 3 燃烧器采用数字式 电子联动技术 后 ， 相对 于传统的机械电子形式 ， 有着更高 的调节精度 ， 对 于控制烟气 中的 N O 排放及优化燃烧值 、 进而进 一 步提高燃烧效率有着重要意义。 参考文献 [ 1 ] 林宗虎． 我国能源政策的调整对工业锅炉发展的影 响． 工业 锅炉 ， 2 0 0 2 ， N o ． 3 4 7 ． [ 2 ] 张永照． 关于提高油、 气炉热效率及节能技术综述． 工业锅炉 ， 2 0 0 1 ， N o ． 2 2 4 ． [ 3 ] I r v i n G l a s s m a n ． C o m b u s t i o n ． A c a d e m i c P r e s s ． I n c ． N e w Yo r k， 1 9 7 7． [ 4 ] S p a l d i n g D ． B ． C o mb u s t i o n a n d Ma s s T r a n s f e r ． P e r g a m a n P r e s s， 1 9 7 9． 遛 投 告 储 感 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m