金屬纖維燃燒器在小型燃氣鍋爐的研究

沈斌斌

（克雷登熱能設(shè)備（浙江）有限公司，浙江杭州 310019）

金屬纖維燃燒器在小型燃氣鍋爐的研究

沈斌斌

（克雷登熱能設(shè)備（浙江）有限公司，浙江杭州 310019）

金屬纖維燃燒器由預(yù)混均勻的燃氣空氣混合物流向燃燒器頭部，在金屬纖維表面層進行燃燒，火焰承藍色浮在表面上，熱量以對流方式釋放。由于金屬纖維織物的均勻透氣性、燃氣與空氣的均勻預(yù)混，燃燒十分穩(wěn)定、溫度分布均勻，因此抑制了 NOx的生產(chǎn)。預(yù)混又有足夠的空氣供給，故 CO 的排放也低，遠小于我國標準排放值。

NOx排放 ；燃燒器 ；全預(yù)混燃燒 ；燃氣鍋爐

1 金屬纖維燃燒器技術(shù)背景

金屬纖維燃燒器所用的纖維，系采用機械方法制成的耐熱合金鋼（一般為鐵鉻鋁合金）纖維，直徑約40～50μm。將這種纖維通過燒結(jié)或針織方式制成特殊的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的通透性材料。金屬纖維燃燒器采用全預(yù)混燃燒，預(yù)先混合均勻的燃氣空氣混合物流向燃燒器頭部，在透氣性均勻的金屬纖維織物表層進行燃燒，火焰呈藍色浮在表面上，熱量以對流方式釋放。

由于金屬纖維織物的均勻透氣性和燃氣與空氣的均勻預(yù)混，燃燒穩(wěn)定、溫度分布均勻，在燃氣與空氣預(yù)先混合均勻的情況下瞬時完成，不需要二次空氣，火焰只有一個燃燒面沒有局部高溫存在，因此抑制了 NOx的生產(chǎn)。預(yù)混又有足夠的空氣供給，故CO的排放也低。

2 金屬纖維燃燒器在小型燃氣鍋爐上的研究

以 本 司 E-304 鍋 爐 為 例， 鍋 爐 功 率 2 943kW， 耗 氣 量 ：319m3/h ；經(jīng)計算，需金屬纖維網(wǎng)總面積 0.38m2，單位面積熱功 率 ：7 834kW/m2， 為 滿 足 整 體 20%～100% 負 荷 調(diào) 節(jié) 燃 燒，最低 單位面積 熱負荷為 1 566.8kW/m2。目前常 見金屬纖 維燃燒器按體型主要分為：柱狀體、錐形體和碟形體結(jié)構(gòu)，針對不同爐膛各有優(yōu)勢，由于本司精于立式直流鍋爐，爐膛較小。故而以錐形體（見圖1）為優(yōu)先考慮，錐形體整體鋼性較好且易于形成心形。

圖1 錐形體圖

輻射面（類似于本司傳統(tǒng)燃燒器的心形火焰）。由于目前國內(nèi)金屬纖維燒結(jié)技術(shù)較為不成熟，偶爾會產(chǎn)生局部網(wǎng)孔不均勻現(xiàn)象，因此金屬纖維網(wǎng)最終采用針織型，這種金屬纖維網(wǎng)的孔隙遠小于燃氣的熄火距離，且編織時其長纖維位于同一平面，橫向熱傳導(dǎo)性好，另一方面，金屬纖維在垂直方向上是長纖維的點接觸，因此在氣流方向上以長纖維的接觸傳熱為主，熱導(dǎo)率相對較小，即使金屬纖維表面溫度達到或超過 1 000℃，未燃氣體側(cè)的溫度與混合氣溫度仍然很接近，能有效防止全預(yù)混容易造成的回火。

金屬纖維燃燒器應(yīng)用于一種改進的燃料/空氣預(yù)混系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高壓燃燒風(fēng)機、空氣/燃料預(yù)混合器、調(diào)節(jié)器、預(yù)混合集氣室、金屬纖維燃燒器集管及一個先進的空氣/燃料微比率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)組成（見圖2）。

圖2 調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)組成圖

空氣與燃氣在預(yù)混腔及調(diào)節(jié)器內(nèi)充分混合后，通過預(yù)混合集氣室與燃燒器集氣管導(dǎo)入燃燒室。此系統(tǒng)能以一個近似4∶1的調(diào)節(jié)比進行自動調(diào)節(jié)控制。通常煙氣排放物中極限 NOx為18mg/m3，CO 低至2mg/m3。

空氣 /燃料微比率調(diào)節(jié)控制：風(fēng)的調(diào)節(jié)通過變頻器和風(fēng)門兩條曲線，燃氣量是通過調(diào)節(jié)燃氣閥的開度曲線調(diào)整。在20%～100% 中三條曲線進行多段設(shè)置，達到全負荷最佳的空然比狀態(tài)?？刂魄€記錄在 PLC 內(nèi)部，通過觸摸屏操作可調(diào)整曲線的設(shè)定。

3 金屬纖維燃燒器的特點和注意事項

3.1 金屬纖維燃燒器的特點

①污染排放低，NOx和CO等不完全燃燒產(chǎn)物排放濃度極低，遠低于國家標準要求；②節(jié)能，采用全預(yù)混方式，燃燒完全，燃燒效率高。③安全性高，金屬纖維介質(zhì)孔隙的細密性決定了金屬纖維的回火傾向性極低。另外，金屬纖維的抗腐蝕性強，抗熱沖擊性能高，熱惰性小，能被很快的加熱和冷卻，金屬纖維載體比多孔陶瓷板牢固，不怕冷凝水，有一定的機械強度。

3.2 金屬纖維燃燒器的注意事項

①金屬纖維燃燒器對燃料通過金屬纖維網(wǎng)的流速很敏感。因此，保持金屬纖維網(wǎng)的清潔很重要。煙灰及一些雜塵沉積在燃燒器透氣網(wǎng)表面會阻塞燃料的流動，直接導(dǎo)致燃料在金屬纖維網(wǎng)表面的不均勻分布，這種燃料的不均勻分布會使燃燒室內(nèi)的火焰不穩(wěn)定；空氣進氣口設(shè)置差壓表可以有效地解決這一問題；②燃燒室前的火焰和溫度檢測的設(shè)置相當有必要，防止燃燒器回火的可能性；③建議進風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置變頻器，能有效地避開爆燃區(qū)間；

4 結(jié)束語

好的設(shè)備需要好的系統(tǒng)、后期維護及自控的支持，本燃燒器僅適用于燃用天然氣型蒸汽鍋爐和熱水鍋爐，經(jīng)用戶反饋燃燒性能穩(wěn)定且維護方便。

[1] 王振興，廖雄，楊俊杰 .全預(yù)混金屬纖維燃燒器的研究 [J].煤氣與熱力，2011，31（6）：18-20.

[2] 趙欽新 .燃 油燃 氣鍋爐結(jié)構(gòu) 設(shè)計 及圖冊 [M].西安 ：西 安交通大學(xué)出版社，2002.

Research on Metal Fiber Burner in Small Gas-Fired Boiler

Shen Bin-bin

The metal fi ber burner fl ows from the premixed gas and air mixture to the head of the burner，and burns on the surface of the metal fi ber.The fl ame is blue on the surface and the heat is released in the convection mode.Due to the uniform permeability of the metal fi ber fabric，uniform premixed gas and air，the combustion is very stable and the temperature distribution is uniform，thus inhibiting the production of NOx.Premixed and suff i cient air supply，so the CO emissions are also low，much smaller than our standard emission value.

NOxemission ；burner ；fully premixed combustion ；gas boiler

TK473

：A

：1003–6490（2017）07–0118–02

2017–05–10

沈斌斌（1982—），男，浙江杭州人，工程師，主要研究方向為鍋爐行業(yè)（熱能設(shè)備與動力工程），小型化燃油燃氣鍋爐，鍋爐燃燒器，低氮型燃燒器，全預(yù)混燃燒系統(tǒng)，燃氣/燃油燃燒器。