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华谱分享 |锅炉燃烧器的选择 华谱新能源
2024-01-24
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导读：燃油燃气锅炉燃烧器的选型原则燃油、燃气锅炉燃燃器的选用，应根据锅炉本体的结构特点和性能要求及燃料特性，结合用户
燃油燃气锅炉燃烧器的选型原则
燃油、燃气锅炉燃燃器的选用，应根据锅炉本体的结构特点和性能要求及燃料特性，结合用户使用条件进行选择。
燃烧器作为燃油、燃气锅炉的燃烧设备，它的主要作用是：
1）提供锅炉所需的燃油或燃气，对油燃料还要选择油雾化方式，增大燃料与空气的接触面积。对气体燃料还应选择燃烧方式。
2）供给燃烧所必须的空气，实现空气与油雾或燃气充分混合，保证燃烧完全。
3）保证点火迅速，燃烧稳定。
4）实现程序点火和燃烧过程的自动控制。
目前，用于中小型锅炉的燃油、燃气燃烧器多采用一体化结构，所以人们习惯上称其为燃烧机。
燃油燃烧器主要是由机壳、电动机、风机、风门、风门调节器、油泵、电磁阀、点火装置、火焰监测器、喷油嘴等组成。燃气燃烧器，主要由机壳、电动机、燃气喷嘴、风机、风门、电磁阀、点火装置、火焰监测器等组成。电动机与风机和油泵通过联轴节相连，电动机转动时，带动风机和油泵一起转动。风机的作用是将燃烧需要的空气送入炉膛，并产生一定的压力。调节风门调节器可控制进风门开度调节进风量。油泵的作用是将燃料油加压，并为雾化提供能量。控制电磁阀开关，可以控制燃油或燃气的供应。
小型燃烧器的喷油嘴或燃气喷嘴的数量可为一个或几个，并由不同的电磁阀分别控制，以达到分段燃烧的目的。火焰监测器则起安全点火和熄火保护的作用。另外，每台燃烧器上都带有一个控制器，燃烧器的点火运行程序就是通过它进行控制的。
虽然燃烧器的工作原理大致相同，结构也大同小异，但是不同结构或不同厂家生产的燃烧器性能却有很大的差别，因此在燃烧器选择时应注意以下几方面的问题：
1.   燃烧器出力与锅炉容量、锅炉烟风阻力需匹配
由于一体化结构的燃烧器结构紧凑，安装方便，不需另配风机、油泵等设备，在中小型燃油、燃气锅炉中得到了广泛的应用。而多数锅炉采用正压燃烧和运行，即锅炉的进风是由燃烧器的风机送入炉膛，燃烧产生的烟气也是以风机产生的压头为动力吹出炉膛排入大气。此时，如果所选燃烧器的背压小于锅炉系统的烟风阻力，燃烧器就不能将烟气吹出炉外，也不能将空气送入炉膛，从而无法保证正常燃烧。燃烧器的背压和燃烧器的热功率（或燃料消耗量）之间存在一定的关系，在燃烧器选型时既要考虑燃烧器热功率与锅炉出力匹配，又要考虑燃烧器背压与烟风系统阻力的匹配，二者缺一不可。
在燃烧器选用时，应首先根据燃料的类别，如液体燃料有煤油、柴油、重油、渣油和废油；气体燃料有城市煤气、天然气、液化石油气和沼气。应了解燃料的如下特性：
1）煤油、柴油应有发热量和密度。
2）重油、渣油和废油应有粘度、发热量、水分、闪点、机械杂质、灰分、凝固点和密度。
3）燃气应有发热量、供气压力和密度。
在掌握燃料特性的情况下，首先选用能够适应本燃料的燃烧器。如轻油燃烧器、重油燃烧器、渣油燃烧器或天然气、石油液化气燃烧器等。然后根据燃料的发热值大概估算出燃料的消耗量，以便选取燃烧器的具体型号。
燃料消耗量B(kg/h或m3h)可按下式估算
式中Q———锅炉额定出力（kw）。若是蒸汽锅炉，Q的计算按蒸发量和蒸汽的焓确定；
 ——燃料的低位发热量［（kJ/kg）或（kJ/m3）］。通常轻柴油的发热值大概在42900kJ/kg；天然气的发热值一般在36000kJ/m3；液化石油气的发热值约在92900kJ/m3；
    η———锅炉效率。燃油燃气锅炉的热效率一般都在90%左右。
在没有燃料发热值的情况下选用燃烧器，可根据锅炉的出力折算成热功率进行确定。然而，每一种型号的燃烧器都有一个燃油或燃气消耗量范围，如果选用的燃烧器其燃油消耗量或燃气消耗量不能满足锅炉所需的燃料消耗量，此时就不能保证锅炉的出力。
各厂家生产的燃烧器都应附有如图1所示的燃烧器工作特性曲线，以供用户选用燃烧器时使用。如图1 所示，选择的燃烧器其工作点为A，则相对应的燃油消耗量GA;能满足锅炉燃油消耗量要求，燃烧室背压HA;又足以克服锅炉烟风阻力，那么这个燃烧器就能满足锅炉工作需要。否则就要重新选择。另外，通过工作特性曲线也能看出燃烧器性能的好坏。一般来说，曲线较平直的，性能要好一些，适应的范围也要广一些（不会因燃油消耗量G增长，燃烧室背压H 大幅度下降）。
如图2所示，在利用工作特性曲线选择燃烧器时，常有同一燃油消耗量有两种型号的燃烧器曲线与之对应。
从图中可以看出，燃烧器 A 所对应的燃烧室背压 HA 比燃烧器 B所对应的燃烧室背压 HB 低。此时到底选择燃烧器 A 还是燃烧器 B，就要看其背压 H 能否满足锅炉的要求。燃烧器A、B 的价格可能相差几千元或更多，显然在能够满足工作要求的情况下，我们选择A 而不是 B。如果 A不能满足要求，B 能满足，就要选择 B。一般来说，立式烟管锅炉要求的燃烧器背压最低，设计合理时，100Pa 即可正常工作；中心回燃式就要高一些；最高的则是传统三回程锅炉，可达 1000Pa以上。
图 3 所示为气体燃料燃烧特性，同样存在一定燃料消耗量下对应几个型号燃烧器的选择，此时应看燃烧器工作特性曲线的平缓程度和范围，以及燃气消耗量和背压的关系来具体确定。
例如，一台容量为 2.8MW 的三回程燃油锅炉，如选用百得燃烧器，应当选择BT300，而不应当选择BT250。因为一台效率为90%的2.8MW燃油锅炉的燃油消耗量的为259kg/h。查燃烧器的工作特性可知，曲线BT250对应的背压只有 250Pa，而BT300对应的背压则将近1100Pa。显而易见，此时只能选择BT300。如选择BT250，燃烧器在锅炉额定负荷下就会冒黑烟或回火，无法使用（当然，如加引风机和提高烟囱高度也可以运行，但通常不这样设计）。
需要指出的是，小型燃烧器的燃烧室背压的值都不太高，大约在100Pa～300Pa或400Pa～1000Pa之间。因此，在设计锅炉时，烟速不宜选择得太高，以免锅炉烟风阻力过大而选择不到合适的燃烧器。
2.   燃烧器火焰的几何尺寸与锅炉燃烧室需匹配
燃烧器燃烧产生的火焰具有一定的几何形状和尺寸，通常在锅炉设计和燃烧器选型时，应注意控制火焰直径和长度两个基本参数，不同的燃烧器的火焰直径和长度是不同的。要想使燃烧充分进行并将热量很好地传递给锅炉，燃烧室结构一定要与火焰的外形结构尺寸相匹配。如果燃烧室太小，火焰直径和长度大，则会出现火焰直接冲刷受热面，造成未燃尽油雾或气体的急冷而在受热面上积炭；若燃烧室太大，火焰长度、直径小时，则会出现火焰充满度差，炉内温度低的现象，影响受热面的有效利用。因此，一般的燃烧器供应商都有推荐的燃烧器火焰直径和长度的尺寸图。
图4为百得燃烧器火焰直径和长度尺寸图，使用时可根据燃油、燃气量或燃烧器热功率查取。
在燃烧器的实际使用中，所选用的火焰直径和长度尽量接近锅炉炉膛设计尺寸，以保证锅炉正常燃烧。同时，火焰尺寸也可通过喷油嘴的雾化角度及燃烧器稳焰盘位置进行适当的调节。
当采用中心回焰的燃烧方式时，炉胆的直径应比图中推荐尺寸大些，以保证回焰气流顺利流动。
3.   燃烧器在使用条件变化时应按空气密度计算燃烧出力
一般资料提供的燃烧出力都是针对海拔100m、环境温度20℃、大气压力在 100kPa附近计算的。燃烧器有可能在更高的温度或海拔条件下工作。环境温度和海拔高度增加都可以使空气密度降低。虽然燃烧器风机的体积流量基本上是不变的，但每立方米空气中的含氧量和风机的压头却减小了，因此在不同空气温度和海拔高度下，必须知道燃烧器是否能在这些条件下能使锅炉满负荷运行。
表 1给出了不同温度和海拔条件下的高度修正值。据此可以进一步计算出燃烧器的适应能力。其具体计算方法如下：
1）首先根据空气温度和海拔高度按表 1找出修正系数F
2）按下式计算出当量出力QD (kg/h或 m3/h）
式中Q———设计燃烧器出力（kg/h或 m3/h）。
3）        根据当量出力QD和设计参数下要求的燃烧器工作背压H1，在燃烧器工作特性曲线上做出相交点A，垂直延长A点并与燃烧器工作特性曲线相交B点，即得燃烧器提供的工作背压H2(见图 5）。
4)用工作曲线背压H2, 乘以修正系数F，即得到实际温度和海拔高度下的燃烧器工作背压H3。
5)若燃烧器提供的工作背压H3大于设计计算要求的工作背压H1，则燃烧器能够维持正常工作。否则，燃烧器功率就要下降，下降的幅度可通过计算来确定。换言之，要保持设计功率下的运行，就要放大燃烧器参数的选取。
 4.燃烧器前的最大允许供气压力和最低允许供气压力
对于1台结构已经固定的燃烧器而言，其喷嘴结构就已经固定了，当燃气种类与燃烧器设计相符时，燃烧器运行时功率只与进气压力有关。由于气源的气压并非完全稳定，当气压增大时，会引起燃气流量增大，反之则减小，所以，易引起燃烧故障。为避免这种情况，在供气管路上须装设一个稳压阀，其气压调整范围应根据气源情况选配。
5.燃烧器结构应能保证燃气与空气混合均匀，空气、燃气比可调，保证在高负荷时不脱火，低负荷时不回火。
 6.原则上应使用与燃烧器铭牌上所标注的同种燃气，换用不同的燃气时应事先向燃烧器供应商咨询并得到书面的认可。一般情况下还必须对燃烧器重新进行调试并更换个别部件。 
     7.燃烧器安装位置应便于操作，也就是要保证燃烧器中心线与炉墙各壁面间应有的距离。因为燃烧器是锅炉运行的主要操作对象，所以其位置应当便于司炉人员操作和观察。

燃油燃气锅炉燃烧器的布置

（一）燃油燃烧器的布置

目前生产的快装型燃油锅炉都要求体积小，炉膛热负荷高，主要采取措施有两点：第一是提高燃烧器雾化质量；第二是提高燃烧器出口处的风速，使气流内部混合更强烈。气流的截面减小，燃烧就强烈，故燃油燃烧器的布置与炉膛热负荷密切相关。小型燃油锅炉均为单个燃烧器，布置于立式锅炉炉顶部或底部，视烟气行程方向而定。一般卧式快装火管锅炉均配置1～2个燃烧器，水平布置。
双水管锅炉或燃煤锅炉改成燃油锅炉，燃烧器中心和侧墙的距离应不小于1～1.2m，下排燃烧器到炉底的距离不应小于1m。如选用2个燃烧器，则其中心之间的距离也应保持1m左右，且两个燃烧器旋转风的转向应相反，当单只燃烧器的耗油量为500～1000KR/H时，炉膛深度不小于 4m。耗油量为200～250kg/h时，炉膛深度不小于3m。

（二）燃气燃烧器的布置

锅炉炉膛大小和形状与燃料性质关系很大，燃气的燃烧过程比燃油简单，燃烧所需的时间较短，因而所需炉膛容积要小。燃烧器的布置应与炉膛形状结合起来考虑，以火焰充满度好、火焰冲刷不到水冷壁为原则。燃气锅炉一般布置1个燃烧器，这样系统简单，运行管理方便，投资省。对较大容量锅炉，可以布置 2个燃烧器，通常采用上下布置方式，即使负荷减小时，停用 1 个燃烧器，也不致造成火焰偏离炉膛中心，影响水循环的可靠性和过热器温度偏差。
锅壳式锅炉由于受结构的限制，对采用双炉胆的锅炉，每个炉胆各布置 ! 个燃烧器。
燃气燃烧器可以布置在锅炉前墙、底部，若烟气出口处在炉膛底部，燃烧器可以布置在炉顶。
来源：公众号“四川特种设备”



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