集成點火式燃燒器在催化裝置余熱鍋爐中的應(yīng)用

劉雄，代紀邦，劉帥，韓靜

（中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海201108）

集成點火式燃燒器在催化裝置余熱鍋爐中的應(yīng)用

劉雄，代紀邦，劉帥，韓靜

（中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海201108）

鍋爐燃燒器的運行狀況直接影響到整個鍋爐的熱效率及其尾氣的排放，因此合理地設(shè)計和布置燃燒器非常重要。該項目主要是針對某催化裝置余熱鍋爐燃燒器出現(xiàn)的一系列問題進行改進，通過對燃燒器進風(fēng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和出口流速的整合計算，并首次采用集成控制等方式將點火槍與控制柜集成一體化，減小了設(shè)備的占地面積。經(jīng)過現(xiàn)場模擬點火測試，該設(shè)備的改型增強了燃燒器的工作穩(wěn)定性，提高現(xiàn)場工作人員的操作效率和整個鍋爐的經(jīng)濟性。

燃燒器；催化余熱鍋爐；集成一體化

余熱鍋爐是用來回收高溫?zé)煔獾挠酂岙a(chǎn)生蒸汽的設(shè)備。其關(guān)鍵設(shè)備燃燒器從發(fā)明使用到現(xiàn)在的多樣化形式，其理論及結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了深刻的變化，在鍋爐的運行中燃燒器需要能組織良好的空氣動力場，使瓦斯氣流能夠及時著火；一二次風(fēng)混合適時適量，保證燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性并便于調(diào)節(jié)，現(xiàn)在許多化工企業(yè)的燃燒器不能滿足企業(yè)的要求，某化工廠鍋爐燃燒器存在以下缺點：

（1）燃燒器進風(fēng)閥門時常操作失靈，密封性能差，漏風(fēng)等；

（2）點火效果不理想，時常出現(xiàn)熄火等現(xiàn)象；

（3）燃燒器負荷變化范圍小易引起燃燒不完全，CO排放含量過高。

經(jīng)過調(diào)研初步分析：一是進風(fēng)閥門年久銹蝕，手柄調(diào)節(jié)笨重；二是原設(shè)計CO含量低于實際運行的含量，導(dǎo)致了補燃瓦斯量大大低于實際需要值，瓦斯燃燒器負荷實際運行隨負荷調(diào)節(jié)困難。實際操作補燃瓦斯量過小，易造成熄火，影響安全生產(chǎn)；補燃瓦斯量大，則助燃空氣不足，引起燃燒不完全，排放煙氣中CO含量超標，影響能量回收效果。此外，進風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)壓的不均勻性也易造成熄火。燃燒器在不穩(wěn)定的負荷下運行,增加了裝置能耗和運行成本，為使裝置能耗進一步降低，完善CO鍋爐性能，進一步提高CO余熱鍋爐出力，建議對CO余熱鍋爐進行擴能改造。

1 技術(shù)分析及改造

根據(jù)原裝置的設(shè)計及工藝操作參數(shù),對系統(tǒng)重新進行核算，并綜合考慮計算結(jié)果進行改造，本次改造的主要從以下幾方面著手。

1.1 閥門的改進

原設(shè)計的閥門鋼板厚度只有2 mm，在經(jīng)過長時間的銹蝕之后，發(fā)生變形，密封性降低，改進的閥門厚度增加到4 mm，從強度和密封性均超過了改造前。同時在手柄調(diào)節(jié)閥處安裝減速機（見圖1），此法減輕了操作人員的勞動量，可靈活控制閥門的開啟。

圖1 閥門結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 燃燒器結(jié)構(gòu)的改進

1.2.1 計算分析

燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對送風(fēng)的均勻性影響很大，原燃燒器的設(shè)計使得進風(fēng)空氣在風(fēng)筒進口處經(jīng)過一90°的拐角，直接導(dǎo)致氣流在未到點火槍的端部時便形成一很強的回流區(qū)，造成該局部范圍瓦斯量過多，易產(chǎn)生“爆燃”和“回火”，存在事故隱患。在計算了空氣和瓦斯的流速后，見式（1）[1]，綜合考慮了回流區(qū)的大小、燃燒器出口的氣流速度以及煙氣溫度后確定了點火的位置，得到了一次風(fēng)桶和二次風(fēng)桶的直徑，初步確定擴散角后利用式（2）計算出該旋流燃燒器的旋流強度，結(jié)果見表1。

式中：s―流速，m/s

m0―質(zhì)量流量，m3/h

A―流通面積，m2

氣流的總旋流強度計算公式：

式中：F0―旋流器出口截面積，m2

F1―葉輪出口最小流通截面積，m2

r0―風(fēng)口內(nèi)徑，m

r2―葉輪出口外徑，m

rpj―平均旋流半徑，m

α―半錐角，°

β―葉片傾斜角，°（通常取48°～50°）

α―葉輪拉出的距離，m

表1 燃燒器的數(shù)據(jù)計算結(jié)果

二次風(fēng)穩(wěn)焰器的位置可隨負荷的要求而改變，改變穩(wěn)焰器距端口的位置，旋流強度亦可增強或減弱。

1.2.2 進風(fēng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

導(dǎo)致點火不穩(wěn)定，“爆燃”、“回火”等現(xiàn)象的主要原因是進風(fēng)不均勻，風(fēng)筒內(nèi)壓強梯度太大所致，通過安裝進風(fēng)網(wǎng)柵布風(fēng)裝置（見圖2），大大緩解了一次風(fēng)筒內(nèi)壓強不均的癥狀，考慮到進風(fēng)空氣要同時滿足燃燒器瓦斯和爐內(nèi)CO，且網(wǎng)柵的開孔會產(chǎn)生阻力，因此合理設(shè)計孔的分布及大小相當(dāng)重要，經(jīng)過計算采用Φ20 mm、孔間距為25 mm的錯列布置（見圖3）能滿足上述要求。

圖2 燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 進風(fēng)網(wǎng)柵局部放大圖

1.2.3點火槍結(jié)構(gòu)的改進

原鍋爐燃燒器采用的是獨立控制柜，即點火槍與控制柜分開，每次點火時需要對線路重新連接，工作量繁瑣；此外火檢等功能也損壞。針對該一系列問題，對點火槍進行了改進，其主要方法是將控制功能與點火槍集成，電路控制原理（見圖4），將檢漏系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)和吹掃系統(tǒng)的控制部分與變壓器集成，經(jīng)過變頻后形成的高壓在點火電極處放電，點燃瓦斯，形成火焰，火焰檢測器檢測到火焰的信號后通過信號放大器反饋到控制柜上，形成閉合回路。此結(jié)構(gòu)（見圖5）去除了原控制柜，增加了現(xiàn)場操作空間，攜帶和操作靈活方便。

圖4 點火槍電路控制原理示意圖

圖5 點火槍結(jié)構(gòu)示意圖

2 燃燒器的介紹

該燃燒器為全鋼結(jié)構(gòu)，運行可靠，不易燒壞；加工制造要求精度低，性價比高。燃燒器中點火槍點火成功即可撤離。配風(fēng)分為一二次風(fēng)，在進風(fēng)口處將一二次風(fēng)通過進風(fēng)網(wǎng)柵使布風(fēng)均勻，形成均勻的氣流，在燃燒器端口分別安裝了一二次風(fēng)導(dǎo)流葉片，將一二次風(fēng)以相同方向形成一定的旋轉(zhuǎn)風(fēng)送入爐膛，燃氣從燃氣盤管的數(shù)個小孔噴入后與空氣混合燃燒。

燃燒器的運行程序為：啟動風(fēng)機，對爐膛進行吹掃，同時開啟控制柜總開關(guān)，系統(tǒng)自動對管路進行檢漏和溫度測試，吹掃結(jié)束后，調(diào)節(jié)進風(fēng)閥門開度，打開點火開關(guān)和點火瓦斯進氣閥門進行點火，火焰檢測器燈亮即表示點火成功，隨后開啟長明槍進氣瓦斯閥門引燃長明槍，待盤管進氣閥門開啟后，即可調(diào)節(jié)進風(fēng)閥門引燃爐膛CO氣體。

3 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場實驗，取得了良好的效果：

（1）具有點燃效果良好，啟動速度快，耗氣量少等優(yōu)點，且燃燒效率比較高，特別是燃燒低熱值的高溫?zé)煔鈺r更為顯著，可提高燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

（2）二次旋流使得點火燃燒區(qū)域混合強烈，可以采用較低的過量空氣系數(shù)，這也提高了鍋爐熱效率。

（3）便于負荷調(diào)節(jié)和攜帶。

該燃燒器的改進方法亦可用于其它鍋爐的改造，具有較大的實用和推廣的價值。

[1]秦裕琨.燃油燃氣鍋爐實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2001.

Application of Integration Ignition Combustor in Catalyze Installation Excess-Heat Boiler

LIU Xiong,DAI Jibang,LIU Shuai,HAN Jing
（Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute Thermal Engineering Depart,Shanghai 201108,China）

The operating status of combustor may directly affect fuel efficiency and fume emission standard,so it is quite necessary to design the proper combustor.This project made a series of modification to one catalysis exhaust-heat boiler through optimizing the air inlet and computing the air outlet speed,at same time making the burning torch and control box integral firstly,decreasing the equipment’s room.The experimentalmeasurementshowed that this facility could enhance the combusting stability and increase the worked efficiency ofworker and boiler economy.

combustor;catalysis exhaust-heat boiler;integration

TE963

B

1001-6988（2016）06-0030-03

2016-09-06

劉雄（1982—），男，工程師，主要從事石化行業(yè)熱能環(huán)保工程技術(shù)方面的工作.