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2 0 1 3 年第9 期 节 能 燃气燃烧器的选型分析 刘景新1 ，刘红星1 ，齐雪京。王爱洁2 ，李佩3 。赵斌3 ( 1 唐山市特种设备监督检验所，河北唐山0 6 3 0 0 0 ； 2 冀东石油机械有限责任公司，河北唐山0 6 3 0 0 0 ；3 河北联合大学，河北唐山0 6 3 0 0 9 ) 摘要：燃烧器是锅炉的关键部件，其性能的好坏对锅炉的安全经济运行有重大影响。以燃气燃烧器为 例，对燃烧器的选型原则进行分析，并通过实例进行验证。结果表明，燃料种类及特性、锅炉的出力与 效率、燃烧室的尺寸、烟风阻力及其使用环境等要素是锅炉燃烧器正确选择的基础和条件。 关键词：燃气锅炉；燃烧器；选型原则；应用实例 中图分类号：T K l 7 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 7 9 4 8 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 5 5 0 3 d 硝：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 4 7 9 4 8 2 0 1 3 0 9 0 1 3 引言 燃烧器是使燃料和空气以一定方式、比例混合 喷出并燃烧的装置统称。锅炉燃烧器选型正确与 否对锅炉安全经济运行有重要影响。 本文对燃气燃烧器的选型原则进行分析，并通 过实例进行了验证。 1 选型原则 锅炉燃烧器的选用，应根据锅炉本体的结构特 点、性能要求及燃料特性，并结合用户使用条件进 行选择。对于燃用不同燃料的锅炉来说，如果燃烧 器选用不合理，在使用过程中不仅会带来安全事 故，还会造成环境污染和能源浪费。 1 ) 根据燃料来选择。用户先根据所使用的燃 料种类和特性( 压力、组分、热值、杂质、腐蚀性介 质含量) 选择燃烧器。除了用户所用燃料要与燃 烧器生产厂家使用说明相匹配之外，燃烧器所用设 备组件也要与燃料特性相适应。 2 ) 燃烧器出力应与锅炉负荷、锅炉烟风阻力 相匹配。 锅炉燃烧消耗量为： 曰= 导 式中：B 一锅炉燃料消耗量，m 3 h ； 基金项目：国家质检总局科技计划项目( 项目编号：2 0 1 2 Q K l 0 7 ) D 一锅炉负荷，k g h ； h 。、矗。一分别表示蒸汽及给水比焓，k J k g ； Q 。燃料低位发热量，k J m 3 ； 田一热效率，。 燃烧器出力是指燃烧器单位时间输入锅炉的 热量，也称燃烧器热功率，即： 门一些 。一3 6 0 0 、。7 式中：G 一燃烧器热功率，k w 。 分析式( 1 ) 、式( 2 ) 可知：燃料确定后，锅炉负 荷和锅炉热效率决定了燃烧器的出力。首先，选择 燃烧器时，在保证满足锅炉额定负荷的同时，还要 有1 0 的余量；其次，根据燃烧器生产厂家提供 的燃烧器工作特性曲线心J ，进一步优选燃烧器，燃 烧器工作点要落在相应的满负荷工作区内旧J ，工 作点落在越靠近曲线右边界位置越理想，这样，燃 烧器更经济且可以保证部分负荷点与满负荷点间 有较大的调节空间。当一定的燃料消耗量对应几 个型号燃烧器的选择时，应选择燃烧室背压足以克 服锅炉烟风阻力的燃烧器，选择的燃烧器如果燃烧 室背压不足以克服锅炉与烟道阻力之和，燃烧器在 锅炉额定负荷下就会出现冒烟或回火事故，无法正 常使用，很可能造成锅炉熄火，甚至出现炉膛爆炸 等安全事故。 3 ) 燃烧器火焰的形状尺寸与锅炉燃烧室相匹 配。燃烧器的燃烧火焰具有一定的几何形状和尺 寸，且随燃烧器的不同而不同。燃烧器选型时，确 万方数据 节能2 0 1 3 年第9 期 一5 6 一 E N E R G YC O N S E R V A T I O N ( 总第3 7 2 期) 保火焰直径、长度与锅炉炉膛结构相适应，既要保 证较好的充满度，又要使火焰的扩散( 直径或范 围) 不能冲刷受热面。通常燃烧器生产厂家都提 供燃烧器火焰尺寸图，可根据燃料消耗量或燃烧器 功率查取用户所需的火焰长度和尺寸。一般应 遵循火焰直径 燃烧室直径，且充满度好；火焰长 度 燃烧室长度，且要求有5 0 1 0 0 m m 的余量。 若燃烧器火焰的几何尺寸与锅炉燃烧室不匹配，例 如燃烧室太小，火焰直径和长度大时，燃烧不能充 分地将热量传递给锅炉，还会造成火焰直接冲刷受 热面，从而使未燃尽气体迅速冷却并在受热面上积 炭；若燃烧室太大，火焰直径长度小，则会出现火焰 充满度差、炉内温度低的现象。可见，燃烧器火焰 的几何尺寸与锅炉燃烧室不匹配，会造成能源浪 费、环境污染等问题。 4 ) 根据所用设备对温度精确度的要求。可以 选择一段火控制、二段火控制、渐进式、比例调节式 燃烧器。一般要求燃烧器的调节幅度越大越好，能 更好地适应锅炉负荷的变化。如果所选燃烧器的 调节比不能满足锅炉负荷变化的要求，在使用过程 中就会影响对锅炉汽温和汽压的精度控制，从而影 响锅炉热效率。当锅炉负荷变化时，燃烧器可能会 出现燃烧不完全或是燃烧不稳定等现象。 5 ) 点火装置匹配条件( 气点火、油点火) 。用 户要根据实际条件来选择合适的点火装置。 6 ) 多个燃烧器布置( 相互配置关系，燃料、空 气分配系统，点火、熄火条件，负荷调节要求) 。根 据燃料消耗量和所选单个燃烧器的功率来确定燃 烧器的配置数量，并且合理布置分配燃料、配风系 统，控制好各燃烧器的点火、熄火条件，控制好各燃 烧器的负荷调节要求。 7 ) 不同地域、不同环境对燃烧器的要求也不 同 4 。不同海拔大气密度不同，随着海拔高度增 加，空气密度降低，这会使空气中的氧含量和风机压 力减小等，从而影响燃烧器出力与锅炉的匹配性。 8 ) 选择符合国家环保标准的烟气排放量和噪 声音量 ，主要是S O ：、C O 和N O x 的排放量必须 低于国家规定标准。 9 ) 选择结构简单、运行可靠、便于调节控制和 修理、易于实现燃烧过程自动控制的燃烧器。结构 越简单，自动化程度越高的燃烧器，通常安全系数 也越高6 | 。 2 实例分析 2 1 锅炉简介 某单位工业蒸汽锅炉型号为S Z S l 5 1 3 3 2 0 一Q ，主要设计参数如表1 所示。其中，使用单 位要求锅炉燃烧负荷调节比不小于1 ：3 ，即锅炉最 小负荷为3 0 时，仍能达到烟气排放要求；锅炉设 计燃料为天然气，北京市天然气的供气压力为： 2 0 k P a P 2 5 k P a 。 表1 锅炉主要设计参数 项目参数 额定蒸发量t h 。1 蒸汽压力M P a 蒸汽温度* C 给水温度 锅炉热效率 燃烧室阻力P a 燃烧室尺寸m m 低位发热量E l n m 。 耗气量N m 3 h 。1 1 5 1 3 3 2 0 1 0 4 9 1 8 1 8 6 3 4 8 5 5 0 1 9 7 0 1 6 0 0 3 5 5 8 8 1 2 9 5 2 2 选型分析 根据使用单位要求所选燃烧器均为比例调节 式燃烧器。 现供用户选择的燃气燃烧器有b u r n e r l 、 b u r n e r 2 和b u r n e r 3 三种，其主要设计参数如表2 所 示。 表2 燃气燃烧器的主要设计参数 1 ) 燃料种类为天然气，燃气压力范围为 2 0 k P a P 2 5 k P a ，燃料与燃烧器厂家使用说明相 匹配。 2 ) 由式( 1 ) 、式( 2 ) 和表l 计算可知，锅炉燃料 消耗量为1 2 1 7 m 3 h ，即燃烧器额定热功率为 1 2 0 3 M W ；要求选择的燃烧器在满足锅炉出力的 同时，还要有1 0 的富余量，即燃烧器最大热功率 为1 3 2 3 M W 。因锅炉用户要求燃烧负荷调节比不 小于1 ：3 ，即锅炉最小负荷可以在3 0 时仍能达到 使用要求，也就是说，燃烧器的调节比不小于1 ：3 ， 即燃烧器的最小热功率为3 6 1 M W 。因此，由表2 可知，选择b u r n e r 2 或b u r n e r 3 。 3 ) 燃烧室阻力( 即锅炉和烟道阻力) 为 万方数据 2 0 1 3 年第9 期 节 能 1 8 6 3 4 P a ，燃烧器b u r n e r l 、b u r n e r 2 和b u r n e r 3 的工 作曲线如图1 所示。在工作曲线上找到燃烧器的 工作点，即点A ，图中的阴影部分表示燃烧器的满 负荷工作区。由图1 分析可知，b u r n e r 3 满足使用 单位要求。 乱 芒 器 出 墨 删 璎 肇 2 O l 5 襄I o 墨 袭o s 饕 0 0 5 一 L 芒 农 幽 畏 电删 璎 馨 燃烧器输出功率，M w ( a ) b u r n e r t 燃烧器输出功率，M w b ) b u r n e r 2 燃烧器输出功翠M W ( c ) b u r n e r 3 图1 燃烧器的工作曲线 4 ) 燃烧室尺寸( 长X 宽X 高) 为8 5 5 0 m mX 1 9 7 0 m m 1 6 0 0 m m ，在选择燃烧器时要满足火焰直 径 燃烧室直径，火焰长度 燃烧室长度的原则。 因此，用燃烧器厂家提供的b u r n e r 3 火焰尺寸图 ( 见图2 ) 来验证是否满足需要。根据所选燃烧器 b u r n e r 3 的额定功率1 2 0 3 M W ，即1 2 1 7 m 3 h 来验 证火焰尺寸L 2 = 3 9 7 7 m m ，D l = 1 6 6 8 m m ，D 2 = 1 2 2 6 m m ，再加上5 0 1 0 0 m m 的余量，L 2 4 0 7 7 m m ，D l 1 7 6 8 m m ，D 2 1 3 2 6 m m ，满足单位使 用要求。 天然气消耗M m h 1 图2 燃烧器火焰尺寸图 5 ) 燃烧器使用燃料为天然气，所以采用气点火。 6 ) 燃烧器在某市内使用，海拔在5 0 m 以下。 综上所述，用户选用了一支全自动、烟气排放 符合国家标准、功率范围在3 3 1 6 5 M W 的 b u r n e r 3 燃烧器。 3 结语 1 ) 燃料种类及其特性、锅炉的出力、效率、燃 烧室的尺寸、烟风阻力及使用环境等的确定，是保 证燃气燃烧器正确选型的基础和条件。 2 ) 燃气工业锅炉燃烧器的选择对锅炉燃烧工 况的好坏起着很重要的作用。燃烧器选型时需要 全面、系统地考虑工艺要求、操作安全性和设备运 行维护的长期性，从而获得最佳的综合使用效果。 参考文献 1 殷先华小型燃油燃气锅炉燃烧器选用探讨 J 安全 与防灾，2 0 0 4 ，( 8 ) ：4 1 4 2 2 T S GZ B 0 0 2 2 0 0 8 ，燃油( 气) 燃烧器型式试验规则 S 3 戴征浩威索燃气燃烧器选型的基本方法 J 上海煤 气，1 9 9 9 ，( 1 ) ：4 7 - 4 8 4 李占武，包生昌，侍学武，燃烧器在高海拔地区使用时 选型探讨 J 工业锅炉，2 0 0 5 ，( 1 ) ：2 9 3 1 5 T S GZ B 0 0 1 2 0 0 8 ，燃油( 气) 燃烧器安全技术规则 S 63 牟岳泰，许东来，赵永军，等燃