試析天然氣鍋爐中的天然氣燃燒及調整

（咸陽市天然氣有限公司，陜西 咸陽 712000）

試析天然氣鍋爐中的天然氣燃燒及調整

趙向哲

（咸陽市天然氣有限公司，陜西 咸陽 712000）

天然氣鍋爐通常采用擴散與預混兩種燃燒方式，本文針對天然氣鍋爐中的燃燒方式及其調整進行了較深入地分析，對于提高天然氣鍋爐燃燒效率具有十分重要的意義。

天然氣燃燒方式；燃燒效率；天然氣鍋爐

1 天然氣燃燒方式

天然氣鍋爐主要有擴散與預混兩種燃燒方式，擴散燃燒方式是在鍋爐內將燃氣與空氣分別進行擴散混合與燃燒，分為層流與湍流方式，燃燒速度由燃氣與空氣之間的混合度所決定。預混燃燒方式是燃氣與空氣混合均勻后，向爐內送入進行燃燒。天然氣鍋爐在對其燃燒進行調整時，不僅能夠對天然氣壓、燃燒器配風、總風量、燃燒器數量進行調整，還能對爐膛火焰高度進行改變等。燃氣與空氣混合充分、加熱及時、著火、燃盡是天然氣燃燒的主要目的。

2 天然氣燃燒過程

天然氣與空氣流之間一般有三種混合方式，一是平行流動的燃氣與空氣流的湍流混合；二是根據某一角度或垂直方向使燃氣與空氣流實現相交流動；三是燃氣與空氣流混合都采用旋轉氣流。

2.1 天然氣燃燒的分級擴散

天然氣擴散燃燒是指在鍋爐內的空氣與燃氣邊燃燒邊擴散混合，擴散燃燒速度由空氣和燃氣混合程度所決定。根據噴口噴出氣流的雷諾數，擴散燃燒方式可分為層流與湍流兩種。層流依賴分子擴散運動，湍流依賴湍流擴散。擴散燃燒通常具有較長的火焰，氣體燃燒不完全具有較大的損失，擴散燃燒時應確保擴散混合充分，才可獲得良好的燃燒效果。擴散燃燒呈現發光火焰，火焰均勻但不具有較高的溫度，尤其是具有較好的穩定性，不產生回火現象，幾乎也不會發生脫火。諸如325MW燃燒器采用天然氣分級擴散燃燒，由燃氣、燃油及調風器等裝置構成燃燒器。燃氣裝置中包括氣槍及分配天然氣的集箱，氣槍在與燃燒器同心圓周上布置均勻，徑、軸向噴孔位于氣槍頭部，燃氣能夠實現分段燃燒，利于生成氮氧化物總量的降低。調風器主要由風管、風導筒、風旋轉器調節裝置、分級風門及裝置等構成，在油霧著火前一次風與其混合，采用風滑動導筒位置對一次風量進行調節；燃燒器主要是將二次風作為供風部分；分級風能夠使生成的氮氧化物量降低，軸向旋流器在風管中設置，實現對通過其中的風轉向旋轉。旋轉風在燃燒器噴口后離開而擴向四周，在中心位置產生負壓區，進而回流高溫煙氣到此處，高溫煙氣回流后能夠提供充足熱量點燃燃氣。不可調整分級風旋流器位置，但可以軸向調整二次風旋流器位置，向后最大移動15cm。后移旋流器位置時，二次風一部分不從旋流器經過，而轉變為直流風，混合經旋流器的風后，將減弱二次風旋流總強度，最終減小回流區。因此對二次風旋流器軸向位置進行調節能夠對其旋流強度與回流區進行調節，軸向移動二次風旋流器能夠產生直流風，靜而實現對旋流強度的調節。旋流二次風受軸徑向噴出的天然氣影響，分級混合后，獲得卷吸中心回流區的高溫煙氣加熱而燃燒。燃燒器中的噴出天然氣位置距離燃燒器出口部位不長，只有11cm，正常應用過程中，燃氣只有較低的壓力，大約在五六十千帕之間。燃氣、空氣在混合過程中燃燒而產生擴散燃燒。

2.2 天然氣預混燃燒

預混燃燒是在燃燒前將均勻混合空氣與燃氣送入鍋爐的一種動力燃燒方式。在風過量空氣系數不超過1時，火焰有內外焰兩個錐面，外焰區域隨空氣系數增大，其燃氣擴散燃燒的火焰逐漸縮短。空氣系數達到1時，將不再有外焰，而轉變為無發光性的火焰。燃氣該情況下可快速燃燒，瞬間即可完成，而轉變為無焰燃燒。

燃氣、空氣混合通常由三個因素所決定，一是射流從天然氣噴出形成切圓方向，使燃料氣發生旋轉，混合一次風后受到二次旋轉風卷吸而混合。二是燃燒器中的預混具有40～45cm之間的長度。三是天然氣具有較高壓力，燃氣具有較快的氣流速度，燃氣、空氣速度相對比較大，均勻混合后轉變為無發光性的火焰，而且火焰為預混燃燒的較短火焰。

3 天然氣燃燒調整

天然氣燃燒調一般通過其總風量、有關參數及燃燒器配風等方面實施。

3.1 天然氣工作壓力的調整

對天然氣工作壓力在一定范圍內進行調整，天然氣具有負荷時，在對工作壓力調整時，還應對投運燃燒器數量進行調整。擴散燃燒方式中提高天然氣壓力后，使混合效應增強，而導致火焰逐漸縮短。這使燃燒器改變了出力，并通過高度不同的燃燒器的增減，對爐膛火焰中心高度進行改變，進而使爐膛輻射特性得到改變，能夠對過熱及再熱的蒸汽溫度進行有效調節。實際運行中若鍋爐汽溫或減溫水量與設計存在較大的偏差，能夠利用此方法進行調節，對分布的爐內燃氣溫度特性進行改變。應注意在允許范圍內調節壓力，避免局部產生過高的熱負荷，對水冷壁水循環等造成破壞。

3.2 天然氣燃燒器的調整

燃燒器采用對沖燃燒方式，依次分三層在前后墻進行布置。在滿負荷工作狀態下燃氣鍋爐的燃燒器起初采用全投運行方式，過熱與再熱減溫水總量遠超過設計值，使機組效率明顯降低，對機組安全穩定運行產生不利影響。又因受到設計調節手段的限制，適宜對高層燃燒器采取逐步停運方式，使燃燒器前天然氣壓力提高，爐膛火焰中心高度降低，水量降溫與設計值基本接近，鍋爐再熱器的水量減溫因汽機高壓缸排汽溫度比設計值高，受熱面設計等原因無法調整至設計值，因此提高火焰強度將縮短火焰長度。

3.3 總風量的調整

對鍋爐燃燒總風量進行調節，在燃燒器中無任何跡象情況下，因天然氣性質，將與空氣燃氣比產生較大偏離，而引起燃燒惡化，特別是針對試運機組將具有更大的危險。試運過程中應對機組負荷、天然氣流量、風量及煙氣等參數進行反復檢查，對參數比例進行核算。對參數存有疑問時應查明原因，以避免產生燃燒惡化，確保鍋爐運行的安全。將鍋爐總風量調節在適宜范圍內，并結合性能試驗對最佳值進行確定。

3.4 燃燒器調風器的調整

燃燒器調風器的調節是最后一個關鍵環節，結合調風器結構、風對燃燒產生的不同作用，對各級風量進行調節，采用大量試驗對最佳配風方式進行確定，以確保各燃燒器充分燃燒，使鍋爐整體效率得到明顯提高。

結語

綜上所述，在天然氣鍋爐的實際應用中，只有對天然氣燃燒方式采取科學合理的調整方法，才能明顯提高天然氣鍋爐的燃燒效率。

[1]韓煜九，張建聯．工業爐內天然氣燃燒的安全問題[J]．工業加熱，2010（09）．

[2]李慧君，羅忠錄．天然氣鍋爐煙氣換熱特性的分析[J]．動力工程，2011（10）．

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