燃?xì)忮仩t不完全燃燒現(xiàn)象的分析

摘要：不完全燃燒現(xiàn)象在燃?xì)忮仩t燃燒中十分常見。文中以一臺燃?xì)忮仩t的不完全燃燒后出現(xiàn)積碳現(xiàn)象為案例，詳細(xì)分析了不完全燃燒產(chǎn)生的原因及存在的危害，并提出了判斷不完全燃燒的方法，期望能為燃?xì)忮仩t的科學(xué)燃燒提供一定的指導(dǎo)和幫助。

關(guān)鍵詞：燃?xì)忮仩t；不完全燃燒；一氧化碳；積碳

Analysis of Incomplete Combustion of Gas-fired Boiler

LIU Mingshun

（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute，Quanzhou 362000，F(xiàn)ujian，China）

Abstract： Incomplete combustion is very common in the combustion of gas-fired boilers. Taking the carbon deposition phenomenon after incomplete combustion of a gas-fired boiler as an example， we analyzed the causes and hazards of incomplete combustion in detail， and put forward the judgment methods of incomplete combustion， which expects to provide some guidance and help for the scientific combustion of gas-fired boiler.

Key Words： Gas-fired boiler; Incomplete combustion; Carbon monoxide; Carbon deposition

0引言

近年來，隨著大氣污染防治行動的大力實(shí)施，燃?xì)忮仩t被越來越多地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)上[1]。相對于燃煤、燃生物質(zhì)鍋爐而言，燃?xì)忮仩t具有更為清潔環(huán)保、自動化程度高、燃燒調(diào)整方便、鍋爐熱效率高等優(yōu)點(diǎn)[2]，但也存在燃料成本較高的劣勢。燃?xì)忮仩t一旦出現(xiàn)燃燒狀況不理想，不僅會白白浪費(fèi)燃料、增加生產(chǎn)成本，而且會排出有害氣體污染環(huán)境。因此，燃燒狀況的好壞，直接關(guān)系到燃?xì)忮仩t的運(yùn)行成本、熱效率、使用壽命和廢氣排放等諸多方面。

不完全燃燒現(xiàn)象在燃?xì)忮仩t燃燒中十分常見，然而使用單位往往沒有引起足夠的警惕和重視，最終造成鍋爐燃燒狀況的持續(xù)惡化。文中以一臺燃?xì)忮仩t的不完全燃燒現(xiàn)象為案例，詳細(xì)分析了不完全燃燒產(chǎn)生的原因及存在的危害，并提出了判斷不完全燃燒的方法，期望能為燃?xì)忮仩t的科學(xué)燃燒提供一定的指導(dǎo)和幫助。

1 案例概況

1.1 設(shè)備基本情況

設(shè)備品種：承壓蒸汽鍋爐；設(shè)備型號：WNS4-1.25-Y.Q；設(shè)計參數(shù)：額定蒸發(fā)量：4t/h，額定壓力：1.25MPa，出口溫度：194℃；使用燃料：天然氣；服役年限：試運(yùn)行1個月；運(yùn)行工況：額定負(fù)荷。該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽主要用于酒店毛巾、床單等生活用品的洗滌和烘干。

1.2 檢測依據(jù)和主要儀器

檢測依據(jù)主要有：GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》及修改單；HJ/T 397-2007《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》；GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

檢測主要儀器：青島嶗應(yīng)環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的3012H型自動煙塵（氣）測試儀及配套的采樣槍。

1.3 燃燒存在的問題

用自動煙塵（氣）測試儀對該燃天然氣鍋爐進(jìn)行新建鍋爐大氣污染物排放檢測時發(fā)現(xiàn)：其排煙處煙氣成分中O2含量為0%，CO含量為18504mg/m3（見圖1）；其顆粒物的采樣濾筒上吸附有許多黑色物質(zhì)（見圖2），經(jīng)回實(shí)驗(yàn)室干燥稱量后，其廢氣中顆粒物排放濃度達(dá)54mg/m3，超過GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的新建鍋爐顆粒物排放濃度限值（20mg/m3）。從以上測試數(shù)據(jù)和結(jié)果可知，該鍋爐爐內(nèi)燃燒已出現(xiàn)缺氧，且存在大量不完全燃燒產(chǎn)物CO，爐內(nèi)不完全燃燒現(xiàn)象嚴(yán)重；顆粒物采樣結(jié)果表明，爐內(nèi)已出現(xiàn)積碳現(xiàn)象。

2 案例分析

2.1 不完全燃燒現(xiàn)象的原因分析

燃?xì)忮仩t出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象，可以從其煙氣測試中的O2含量偏低、CO含量偏高來判斷。但造成燃?xì)忮仩t不完全燃燒現(xiàn)象的原因卻不盡相同，主要有以下兩種情況：

1）鍋爐的進(jìn)風(fēng)量太小。鍋爐在調(diào)試過程中，進(jìn)風(fēng)口的開合度太小，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)中的氧氣含量明顯低于進(jìn)氣量理論能夠支持完全燃燒所要求的氧氣量，造成不完全燃燒。還有一種比較常見的案例是，鍋爐在正常進(jìn)風(fēng)時，因周圍環(huán)境不夠清潔，燃燒器進(jìn)風(fēng)口處被進(jìn)風(fēng)夾帶的灰塵、毛絮等懸浮物附著，從而造成供氧量下降。長期以往，供氧不足就會導(dǎo)致不完全燃燒現(xiàn)象。

2）天然氣輸入量太大。天然氣輸入量已超過鍋爐額定負(fù)荷下所需的最高燃料量，造成正常的進(jìn)風(fēng)供氧量無法滿足鍋爐的實(shí)際輸入燃料量燃燒。這種情況可以通過鍋爐配套的燃?xì)獗頂?shù)據(jù)來判斷。結(jié)合文中案例，具體判斷方法如下：

燃?xì)忮仩t的耗氣量可以由以下公式（1）計算：

燃?xì)忮仩t耗氣量＝鍋爐功率×?xí)r間÷燃料熱值÷鍋爐熱效率" " " " " " " " " " " " （1）

理論上，1t/h的燃?xì)忮仩t功率為0.7MW（即700kW），天然氣熱值約為35000 kJ/m3（標(biāo)況），鍋爐熱效率按90%計。那么，1t/h的燃?xì)忮仩t每小時耗氣量為：（700kW×1h×3600）÷35000kJ/m3÷

90%=80m3（標(biāo)況）（注：1kW·h=3600kJ）。當(dāng)然每臺燃?xì)忮仩t的具體耗氣量受天然氣的熱值和鍋爐的實(shí)際熱效率影響而略有偏差。

由上述計算結(jié)果或參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3-4]可知，一般額定蒸發(fā)量為1t/h的蒸汽鍋爐（或額定熱功率為0.7MW的有機(jī)熱載體鍋爐），額定負(fù)荷下運(yùn)行大約需要輸入80m3/h（標(biāo)況）的天然氣。文中案例中的鍋爐額定蒸發(fā)量為4t/h，額定負(fù)荷下運(yùn)行大約只需輸入320m3/h（標(biāo)況）的天然氣。通過查看燃?xì)獗恚l(fā)現(xiàn)該鍋爐在額定負(fù)荷下運(yùn)行穩(wěn)定燃燒時，其實(shí)際輸入天然氣量高達(dá)370m3/h（標(biāo)況）（見圖3），進(jìn)氣量大大超過額定負(fù)荷下所需的燃料量。由此可以判斷，該鍋爐不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是進(jìn)氣量過大，造成爐內(nèi)氧氣供應(yīng)不足，從而生成大量的不完全燃燒產(chǎn)物CO，慢慢形成爐內(nèi)積碳現(xiàn)象，最終也影響鍋爐的清潔排放。

2.2進(jìn)一步內(nèi)部檢驗(yàn)

基于以上測試結(jié)果與分析，要求使用單位立即停爐做進(jìn)一步的內(nèi)部檢查。通過檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐的燃燒器和尾部煙管及管板等多處均有一層明顯的黑色附著物（見圖4～圖5）。通過清理發(fā)現(xiàn)，該黑色附著物為不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物，這與顆粒物采樣濾筒內(nèi)吸附的黑色物質(zhì)相同。從而也進(jìn)一步證實(shí)，該鍋爐由于存在不完全燃燒已產(chǎn)生嚴(yán)重的積碳現(xiàn)象。

3 不完全燃燒的危害

1）污染環(huán)境。不完全燃燒會持續(xù)產(chǎn)生大量的CO氣體，CO是一種對人體有害的氣體。這些生成的氣體一部分會飄散在鍋爐房內(nèi)，濃度高時會使司爐人員發(fā)生CO中毒；另一部分則會隨著尾氣從煙囪處排入空氣，污染環(huán)境[5]。

2）消耗燃料。天然氣是一種成本相對較高的燃料，不完全燃燒產(chǎn)生的是熱量更低的CO產(chǎn)物，因此產(chǎn)生同樣的熱量需要消耗更多的燃料。與此同時，不完全燃燒也會導(dǎo)致大量的天然氣來不及燃燒，就隨著鍋爐尾氣從煙囪處排放出去，從而造成燃料的白白浪費(fèi)，增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。

3）產(chǎn)生積碳。不完全燃燒嚴(yán)重時會使?fàn)t內(nèi)的氣體發(fā)生熱分解，重新積聚生成黑色相當(dāng)小顆粒的碳粒[6]，碳粒在鍋爐內(nèi)隨著煙氣飄散，久而久之會在鍋爐的燃燒器、煙管及管板、煙道及煙囪等處吸附，形成積碳現(xiàn)象。這不僅影響鍋爐傳熱，也會對它的燃燒器、煙管等部件產(chǎn)生堵塞，從而影響鍋爐的熱效率和使用壽命。

4 不完全燃燒的判斷方法

燃?xì)忮仩t的燃燒狀況其實(shí)是一個動態(tài)變化的過程，易受運(yùn)行負(fù)荷及周圍環(huán)境等因素的影響。因此，并不能通過一次的檢測或調(diào)試，達(dá)到一勞永逸的效果。作為鍋爐使用單位應(yīng)該重視對鍋爐的定期維護(hù)和保養(yǎng)，學(xué)會判斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象。在此，建議可以從以下四種方法進(jìn)行：

1）用儀器。使用煙氣分析儀在煙道尾部排煙處做煙氣成分檢測，是判斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象最快速、準(zhǔn)確、直觀的科學(xué)方法。這也是鍋爐檢測人員或調(diào)試人員經(jīng)常運(yùn)用的手段。

2）聞氣味。對于存在不完全燃燒的鍋爐，在鍋爐周圍尤其是靠近燃燒器位置，會有較為明顯的氣體泄露的臭味。這種臭味往往來自燃燒過剩的天然氣和因不完全燃燒產(chǎn)生的CO等混合氣的味道。

3）觀火焰。從觀火鏡看，燃?xì)忮仩t完全燃燒時的火焰應(yīng)該是藍(lán)紫色的；而不完全燃燒則是黃色火焰，一般表現(xiàn)為火焰長而弱，內(nèi)焰模糊，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象[7]。

4）看儀表。由前文可知，一般額定蒸發(fā)量為1t/h的蒸汽鍋爐，額定負(fù)荷下運(yùn)行大約需要輸入80m3/h（標(biāo)況）的天然氣。結(jié)合配套燃?xì)獗砩纤矔r耗氣量的大小，也能輔助判斷進(jìn)氣量是否存在過大，從而推斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象。

總的來說，在沒有檢測儀器的情況下，可以把2）3）4）的方法結(jié)合起來判斷，以便及時發(fā)現(xiàn)鍋爐是否存在燃燒不完全的情況，從而將不完全燃燒現(xiàn)象消滅在起始階段。

5 結(jié)語

文中以一臺燃?xì)庹羝仩t不完全燃燒的案例入手，以點(diǎn)帶面地分析了燃?xì)忮仩t不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及可能引起的危害，希望廣大鍋爐使用單位能對不完全燃燒現(xiàn)象引起足夠的重視。通過不完全燃燒現(xiàn)象判斷方法的介紹，幫助鍋爐操作人員學(xué)會判斷鍋爐燃燒是否存在異常，以便及時發(fā)現(xiàn)不完全燃燒情況?？偠灾?，隨著燃?xì)忮仩t的日益增多，不完全燃燒問題必將成為燃?xì)忮仩t最受關(guān)注的環(huán)節(jié)之一，值得更多人員去研究。毫無疑問，只有解決好不完全燃燒現(xiàn)象，燃?xì)忮仩t才能真正地發(fā)揮既節(jié)能又環(huán)保的獨(dú)特優(yōu)勢。

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收稿日期：2022-03-31

作者簡介：劉明舜，男，福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院泉州分院，檢測師，高級工程師，碩士