重油燃烧原理及在出口锅炉上的应用

第 4期 2 0 1 2年 7月 锅炉制造 B0I LER MANUF ACTURI NG No 4 J u 1 2 01 2 文章 编号 ： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 3 0 0 3 重油燃烧原理及在 出口锅炉上的应 用 张国伟， 胡海蓉， 郭晓红 ( 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 ) 摘要： 电站锅炉暖炉、 低负荷助燃都需要油枪， 国内主要使用轻油作为燃料 ， 国外工程使用重油油枪， 重油不 易点燃和燃尽是一大问题， 如何更好的解决 目前现有重油油枪的问题和开发出更适合重油的油枪， 将是未来 的新课题 。 关键词 ： 重油 ； 闪点 ； 运行参数 ； 改进措施 中图分类号 ： T K 2 2 9 6 文献标识码 ： A He a v y Oi l Bu r n i n g Pr i n c i p i u m a n d Us a g e f o r Ex p o r t o f Bo i l e r Zh an g Gu o we i ， Hu Hai r o n g， Gu o Xi a o ho n g ( H a r b i n B o i l e r C o ， L t d ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Oi l g u n i s u s e d f o r bu mi n g r a d i a t o r o f b o i l e r a n d b u r n i n g u n d e r l o w l o a d i n g c o n di t i o n， t h e f u e l i s l i g h t o i l i n c h i n a， b u t i t i s h e a v y o i l a b r o a d， h e a v y o i l i s d i ffi c u l t t o l i g ht u p a n d b u rn i n g o u t ， s o h o w t o r e s o l v e t h i s p r o b l e m a n d e mp o l d e r i n g b e t t e r o i l g u n a r e n e w w o r k i n t h e f u t u r e Ke y wor ds ： h e a v y o i l ； fla s h p o i n t ； r u nn i n g p a r a me t e r ； a me l i o r a t i v e me t ho d s 1 重油的定义 从广义上说 ， 密度较大的燃料称为重油。重 油的特点是 ： 1 ) 密度和粘度较大。密度大脱水较 困难 ， 而 粘度大则流动性较差。为了保证重油的顺利输送 和 良好雾化 ， 应将重油加热到较高的温度 。 2 ) 燃点和闪点较高而不易挥发。因此 ， 相对 轻柴油来说 ， 重油火灾 的危险性较小 。一般情况 下 ， 重油的特性与原油产地、 配制原料的调和 比有 关。同时， 不同油库送来的同一牌号的重油或 同 一 炼油厂不同时间送来 的同一种重油， 其特性往 往会有较大的差别 ， 在设计 的过程 中要充分 了解 国外工程所属地区的重油特性和主要数据 ， 只有 这样才能保证油枪和燃油匹配。 国内根据 石 油工 业部 S Y 1 0 9 1 7 7标 准规 定 ， 锅炉燃用 的重油按 8 0时 的运动粘度分 为 2 O 、 6 0 、 1 0 0 、 2 0 0号等 四个牌号 ， 其 主要质量指标 见表。 从元素分析成份上看 ， 重油和煤是一样 的， 也 是有碳 、 氢 、 氧 、 氮、 硫 、 水分 、 灰分等成份组成 ， 其 特点是碳氢含量高 ， 灰分和水分含量少 ， 所 以发热 量较高。 重油的含氢量较高 ， 所以重油很容易着火燃 烧 ， 并且不存在结渣和磨损的问题 ， 重油加热到一 定温度就能流动 ， 故运输和控制都较为方便 ， 然而 重油的硫份和灰份对受热面的腐蚀要 比煤粉厉害 的多 收稿 日期： 2 0 1 2 0 21 4 作者简 介： 张国伟( 1 9 8 1 一) ， 男， 黑龙江人 ， 工程师 ， 2 0 0 3年 毕业于哈 尔滨理工大 学热能与动力工程 专业。 从事 电站锅炉的安 装技 术服 务工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 张国伟， 等： 重油燃烧原理及在出口锅炉上的应用 3 1 2重 油 特 性 雾 重油属重质燃料油 ， 它是石油 、 油页岩或煤制 等。先将重油和燃烧有关 的特性介绍如下 ： 表 1 重油的质量指标表 恩式粘度 ( 。 E 帅) 凝固点 闪点 灰分 ( 质量分数) ( ) 水分 ( 质量分数 ) ( ) 含硫量 ( 质量分数) ( ) 机械杂质 ( 质量分数 ) ( ) 不大 于 不高于 不低于 不大于 不大于 不大于 不大于 5 5 9 9 ( 。 E 1 0 0 ) 3 6 1 3 0 O 3 2 0 3 O 2 5 2 1 粘度 粘度表示燃油流动性 能的好坏 ， 是重油最重 要的质量指标和使用性能指标 ， 粘度越大 ， 雾化效 果越差 。直接影 响油泵、 油枪喷嘴的工作效率和 燃料消耗量。而随着温度的升高 ， 重油粘度逐渐 减小 ， 因而高粘度的油为了顺利地运输和雾化必 须进行加热升温。因此 ， 在选用油品时 ， 除了解油 品的常规指标外 ， 还必须 了解油 品的粘度一温度 曲线， 确保加热能使重油达到雾化前油燃烧器所 要求 的粘度。对于机械式雾化燃烧器 ， 其喷嘴前 的最佳燃油粘度为 2 53 5 0 E， 空气雾化燃烧器 的最佳燃油粘度 3 04 5 。 E。蒸汽雾化喷嘴前 推荐粘度 4 5 5 8 。 E。喷嘴前的重油温度一般 保持在 1 1 01 2 0 左右以满足喷嘴前粘度要求。 要注意加热温度不能太 高， 否则会 引起水 份的蒸 发和油的汽化而产生大量气泡 ， 影响燃烧。 2 2闪点 液体燃料加热到某一温度时， 它就会蒸发 出 较多的油蒸汽， 也就是析 出了一些易燃物质 ， 当火 焰移近时 ， 液体表面产生短暂的蓝色火焰 ， 这时的 燃料温度叫做闪点， 闪点表示油质的易燃程度 ， 闪 点过低容易在运输和储运的过程 中发生火灾 ， 闪 点过高油质不易被点燃 。重油 的闪点较高， 一般 在 8 0 3 0 0。 2 3 水分和机械杂质 水分和机械杂质是不可燃成分 ， 大部分是在 燃料运输、 卸油和吹扫过程 中带入 ， 他们会降低燃 料油的发热量和降低锅炉的效率。储存高相对密 度、 高粘度油品时 ， 罐 内可能产生油水分层 ( 层状 和片状) 现象 ， 它会 引起火焰 波动或间断使锅炉 熄火 ， 甚至还会引起锅 炉爆燃。燃料油 中的水分 ( 质量分数) 应控制在 2 以下， 因为含水 的质量 分数达到 3 就会使燃烧不稳定 ， 含水质量分数 5 就会使锅炉熄火。机械杂质在燃料油中的含 量 ( 质量分数 ) 为0 1 2 ， 机械杂质容易堵塞 管路中的滤 网和油喷嘴， 造成油压力降低 ， 旋流片 和雾化片不能正常工作。 3 蒸汽雾化油枪燃 烧重油应用 重油油枪普遍采用蒸汽雾化方式。随着锅炉 容量的增大 ， 要求有更大容量的喷嘴 ， 若采用简单 机械雾化方式需要很高 的油压 ， 对油系统 的制造 和维护带来一定 的困难 ， 而蒸汽雾 化油枪则不需 要很高的油压 ， 新型的蒸汽雾化油喷嘴汽耗量可 降得很低 ， 可以获得更高的雾化质量。在我国， 随 着发展蒸汽雾化喷嘴已经引起普遍重视。 蒸汽雾化油枪利 用雾化介质将油雾化 ， 从雾 化剂喷 口喷出的气流具有很高的速度 ， 高速气流 撞击油粒使其破碎 ， 从而以高速 的蒸汽动能来实 现油的雾化。设 计油枪时重油从 中心供油管通 过 ， 蒸汽则从 内、 外导管之 间的环形通道流通 ， 蒸 汽在枪杆 中流动起到一定伴热作用。油受到加热 后粘度降低 ， 可以提高油的雾化质量 ， 同时对燃烧 前的吸热做 了储备。一般来说 ， 如果 喷嘴 的结构 合理 ， 运行参数适当 ， 气流雾化的质量可以比机械 雾 化质量好。 啪 l 0 3 5 O 2 K O 5 O 3 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 锅炉制造 总第 2 3 4期 燃烧重油锅炉启炉方式根据实际情况采用不 同的点火启炉方式 。冷炉点火时首先投轻油枪点 火升高炉温 ， 温度达到要求后投重油油枪 ， 重油油 枪采用一级点火方式及直接使用高能点火枪点燃 重油。另外 ， 还可采用二级点火方式及使用重油 点火油枪 出力在 3 0 0 k sh左右， 点火时首先使用 高能点火枪点燃重油点火油枪 ， 然后点火油枪引 燃主油枪， 点火油枪可以起到助燃作用有效提高 重油点火成功率 ， 此方式适用于大出力喷嘴。 设计额定 出力 为 3 2 5 0 k sh ， 油枪 人 口油压 力为 1 3 7 MP a ( 1 4 k s c m ) ， 油粘度 3 4 。 E， 油温 度 1 1 0 ， 雾化蒸汽压力为0 8 6 M P a ， 蒸汽耗量为 5 0 0 0 k sHR ( 一般 都是采用单 位 0 10 2 k g 汽 k g 油表示 ) 蒸汽温度不低于 2 5 0。油点火 装置中设置有可伸缩 的高能点火器 ， 可直接点燃 燃油 。油点火燃烧器 的空气喷嘴同时也作为煤燃 烧时的二次风喷嘴 ， 为了油火焰 的燃烧稳定 ， 在油 点火燃烧器 主空气喷嘴 中设置 了专门的稳焰叶 轮。 液体燃料在燃烧前先行蒸发 ， 在蒸发状态下 和空气混合后燃烧 ， 但不须等油粒全部汽化后开 始燃烧 ， 油蒸汽获得氧 以后 才能燃烧 ， 所以蒸发、 扩散、 燃烧过程是同时进行的， 油蒸汽和氧之问的 扩散速度远远小于燃烧化学反应速度 ， 限制燃烧 过程快慢 的为扩散速度 ， 所以要设法增加扩散速 度就可 以提高燃烧速度 ， 强化燃烧 。一般采用 的 措施是提高雾化质量。 重油火炬内部区域中， 蒸汽状态的碳氢化合物 加热后 ， 发生氧化裂解反应， 如果缺乏足够的氧供 应在 4 0 0 o C或更高的温度下会在雾化炬中出现热 裂解生成难以燃烧的炭黑 ， 温度越高热裂解速度越 快。重油蒸汽雾化油枪在组织燃烧时应注意 ： ( 1 ) 供给油枪的燃料油和雾化蒸汽 的压力和 温度要恰 当， 为便于电火花点燃油雾 ， 油滴雾化必 须要细， 雾化炬的分布均匀。 ( 2 ) 必须有适 宜的油火焰形 状 ， 稳定火焰 的 主要特征是在油火焰 中心附近要有一个 回流 区， 回流区的形成将正在燃烧的高温热烟气卷吸到油 枪喷嘴头前面中心 区， 回流区要有合适 的二次风 量 ( 风速) 、 正确的雾化扩展角及 良好 的火焰稳定 器( 即稳燃罩、 叶轮等 ) 。应当注意到上述 的回流 区的存在、 回流区的二次风流量、 适当的油喷嘴雾 化角以及适 当的稳焰罩结构和油喷嘴前端与稳焰 罩的相对位置对形成稳定 的油火 焰是至关重要 的。而且 ， 倘若稳焰罩 ( 或叶轮 ) 烧 损、 结焦或调 整不当都会对火焰形状和燃烧稳定性产生不利的 影响。 ( 3 ) 使一部分空气进入重 油火 炬根部， 减轻 火焰根部因高温缺氧的裂解。 ( 4 ) 将重油和空气预热保证重油更好的雾化 蒸发 。 4 重油在实际过程 中运行参数及存 在 的 问题 ， 1 ) 重油系统管路存在末梢， 重油在加热循环 的过程中， 末梢温度不能达到要求 ， 造成容易堵塞 管路和冷炉点火不着等问题 ； 2 ) 重油系统过滤器滤 网选择过小 ， 造成滤 网 经常容易堵塞 ， 改进滤网， 在重油的源头增加一道 滤网， 进行二级过滤 ； 3 ) 枪定位需要注意 ， 如果油枪未伸 出套管 ， 将会导致油枪喷出的油打到套管内壁， 不能形成 有效 的雾化角 ， 同时会造成油滴顺着套管 回流， 严 重时烧毁油枪 ； 4 ) 油枪点火枪位置不正确 ， 点火枪未伸到油 枪的雾化角内， 造成不能点火。 5 今后设计的改进措施 电厂燃用 的重油油质经常会发生一定范围的 变化 ， 燃油系统应按油质差、 粘度高的油品进行设 计 ， 其系统应适应重油油质的变化范围。 重油发热量高、 价格低廉 ， 但 污染 比较严重 ， 在 国内除了专 门的油炉以外 ， 在 电站锅炉 已经很 少作为暖炉和助燃用 ， 近些年随着 国外工程的逐 渐增加 ， 国外用户 比较倾 向这种燃油 ， 所以未来一 段时间如何研制出更加高效 、 节能、 稳定