9.10_--燃气锅炉燃烧器的构造解析

燃气Hale Waihona Puke Baidu炉燃烧器的构造

主讲人：王刚前
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1 概述

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。
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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： 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，使用者无法调节
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在本次测试中烟气中C0体积分数已经超 过了4000×10-6，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5～10min，并用 CO检测仪检测，确认空气中CO体积分数小 于100×10-6后方可进入锅炉间工作 。
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3 存在问题


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： ① 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。
燃烧室（炉胆）
回 燃 室

② 锅炉水冷壁管上 有发黑区，形成炭 黑，见图4。 ③2009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


③ 产生炭黑 天然气不完全燃烧产生的炭黑在水冷壁上积聚 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。
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② 天然气耗量大 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。
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。
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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，混合气可以在稳焰盘处
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。
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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。
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5 原因分析
天然气锅炉运行中的黄色火焰是一种不完全 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：
产生稳定的负压区，使高温天然气回流，
保证稳定燃烧。
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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
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。

天然气的密度为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
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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



式中L——天然气入射后的折服距离或入射深度， k——天然气喷孔形状分布系数，取1.6～2.2 d——天然气喷孔直径，mm v1——天然气流速，m/s ρ1——天然气密度，kg/m3 v2——一次风流速，m/s ρ2——空气密度，kg/m3 d——天然气从喷孔喷出时流向与一次风流向的夹角

气测试数据见表 1。
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4、 不完全燃烧的危害 ① 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，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100×10-6时会使人轻微中毒， 达到(400～600)×10-6时会使人严重中毒并窒 息，达到4000×10-6时可使人迅速死亡。
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德国生产的扎克燃烧器
意大利生产的百得燃烧器
2 燃烧器烧原理

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%。
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