燃油鍋爐水質(zhì)評價及燃燒特性研究

殷超鞠澤(江蘇省安全監(jiān)督檢驗研究院泰州分院，江蘇泰州225300)

1 引言

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的能量轉(zhuǎn)換設備，據(jù)不完全統(tǒng)計截止2018年底，我國鍋爐保有量已達40.39萬臺。2014年國家頒布了新的《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護法》，對企業(yè)的生產(chǎn)安全、節(jié)能減排和經(jīng)濟運行提出了更高要求和標準。然而目前市場上的燃油鍋爐的設計一般都未考慮其使用的海拔條件，眾所周知空氣中的氧含量會隨著海拔的升高而逐漸降低，因此在高原環(huán)境下，燃油鍋爐的低氧環(huán)境燃燒(也稱不完全燃燒)將會造成燃燒效率的降低，NOx、SOx、COx等污染物的產(chǎn)生，有些污染物將沉積在鍋爐中[1]。本文通過對高原燃油鍋爐水處理系統(tǒng)的水質(zhì)檢測，建立燃燒模型進行數(shù)值模擬來研究高原燃油鍋爐的燃燒特性。

表1鍋爐水質(zhì)質(zhì)量檢測

2 高原燃油鍋爐水質(zhì)檢測

本文以某高原的WNS型燃油鍋爐(臥式三回程鍋殼鍋爐)為研究對象，鍋爐爐內(nèi)的結(jié)構主要包括燃燒器、對流室、福射室、回燃室等部件。爐內(nèi)采用機械壓力霧化燃料油后進行燃燒，油料經(jīng)霧化器霧化成微小顆粒，并以設定的霧化角噴入爐內(nèi)經(jīng)擴散后與空氣充分混合，經(jīng)過燃燒室的著火燃燒，生成高溫的煙氣并進行傳熱。

鍋爐的熱交換媒介通常采用的是水，水的質(zhì)量好壞將直接影響鍋爐的運行情況。鍋爐的水質(zhì)處理通常是按照作業(yè)人員的個人的經(jīng)驗完成，而忽視系統(tǒng)完善的水質(zhì)檢測及監(jiān)控，而通過建立對鍋爐水處理系統(tǒng)的完整的監(jiān)控體系和系統(tǒng)的水質(zhì)檢測，可以發(fā)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)及水處理系統(tǒng)在運行過程中各環(huán)節(jié)存在的問題。該鍋爐水質(zhì)質(zhì)量檢測如下表1。

通過檢測從上表中可以發(fā)現(xiàn)燃油鍋爐水質(zhì)堿度、氯根較高，研究其原因一是因為燃油鍋爐未完全燃燒導致產(chǎn)生過量的NOx和SOx及COx，作業(yè)人員為了防止鍋爐被酸性腐蝕而人為的大量加藥來提高爐水的堿度，以至于爐水的堿度達到國家標準的好幾倍。二是從上表中可以發(fā)現(xiàn)，原水和給水的氯離子含量分別達到103.74mg/L 及67.84mg/L，造成鍋水氯離子含量偏大。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員在實際的操作過程中只關注給水的硬度，沒有對軟水中的氯離子含量進行檢測和監(jiān)控，導致鍋水中的氯離子含量達到了485.52mg/L，氯離子含量的高低直接反映出鍋爐排污率，根據(jù)公式w=cl給-/(cl鍋--cl給-)×100%計算得到該鍋爐排污率達到16.2%以上[2]。

鍋爐排污率高首先會導致爐水結(jié)垢影響鍋爐的導熱性能，造成鍋爐局部溫度過高，同時水垢的存在會造成管壁堵塞等破壞鍋爐的水循環(huán)系統(tǒng)；其次容易造成鍋爐爐壁的強度下降，產(chǎn)生變形、穿孔、鼓包等缺陷極限情況有可能會導致爆炸；另外鍋爐水質(zhì)較差會在過的水、汽界面上發(fā)生泡沫或者汽水共騰現(xiàn)象，造成蒸汽中的含鹽量增加，引起水擊振動，導致鍋爐水位的強烈波動，影響鍋爐的正常使用及安全運行。

3 燃油鍋爐的燃燒特性分析

該鍋爐裝置的位于海拔1756米，海拔的高度會直接影響到空氣中的氧含量，一般來說隨著海拔升高空氣壓力會降低，導致空氣越稀薄，空氣中氧含量降低。海拔升高100米，空氣中氧含量將下降16%。表2 為海拔與大氣壓和氧含量的相應關系。

過量空氣系數(shù)指的是鍋爐爐膛燃料充分燃燒所需的實際空氣量與理論空氣量的比，燃油鍋爐的燃燒特性數(shù)值模型的設置，首先需要先假設空氣過量系數(shù)保持不變，降低鍋爐空氣入口處的氧含量，對鍋爐的燃燒溫度進行對比，選取氧含量21%、19.35%、18.39%以及17.75%時的燃燒溫度特性曲線進行對比。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，在相同的過量空氣系數(shù)條件下，隨著氧含量的下降，鍋爐爐膛整體溫度將隨之下降，燃燒溫度特性曲線的最高溫度和鍋爐出口處的平均溫度也隨之下降，燃燒溫度特性曲線峰值與谷值間的差距減小。另外根據(jù)燃燒溫度特性曲線可以發(fā)現(xiàn)氧氣濃度變低，不完全燃燒發(fā)生的幾率將隨之增大，燃燒的火焰變短，變細，產(chǎn)生的CO2含量也變低，這是由于隨著空氣中氧含量的下降，燃燒更容易發(fā)生在溫度偏高的軸心區(qū)域-爐膛軸心。

表2海拔高度與大氣壓和氧含量的相應關系

圖1含氧量與爐膛出口溫度的關系

因此海拔較高的燃油鍋爐在氧含量較低的情況下，必須適當提高過量空氣系數(shù)，來保證空氣中的氧含量使得鍋爐燃燒更加充分，減少鍋爐的不完全燃燒[3]。但同時也不能簡單的通過增大或減小過量空氣系數(shù)，來保證燃油鍋爐既達到較好的燃燒效果又能減少COx、NOx、SOx等氣體的排放。而是需要根據(jù)鍋爐的實際運行工況確定合理的過量空氣系數(shù)，對鍋爐的燃燒性能進行相應的調(diào)整。

4 結(jié)語

本文以高海拔地區(qū)的燃油鍋爐為研究對象，并對其水質(zhì)化驗的結(jié)果進行了定性分析，通過建立鍋爐處理系統(tǒng)的整體水質(zhì)監(jiān)測可以反饋出該鍋爐不完全燃燒的情況及鍋爐的健康狀況。對于高海拔地區(qū)的鍋爐氧含量較低，燃燒條件不充分的情況，不能簡單的通過增大或減小過量空氣系數(shù)使鍋爐達到燃燒效果，必須根據(jù)實際的工況以及水質(zhì)檢測的結(jié)果對空氣過量系數(shù)的選取，從而降低不完全燃燒的幾率保障高海拔地區(qū)的鍋爐經(jīng)濟安全的運行。