試析天然氣鍋爐中的天然氣燃燒及調(diào)整

趙向哲

摘 要：天然氣鍋爐通常采用擴(kuò)散與預(yù)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(diào)整進(jìn)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。

關(guān)鍵詞：天然氣燃燒方式；燃燒效率；天然氣鍋爐

中圖分類號：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 天然氣燃燒方式

天然氣鍋爐主要有擴(kuò)散與預(yù)混兩種燃燒方式，擴(kuò)散燃燒方式是在鍋爐內(nèi)將燃?xì)馀c空氣分別進(jìn)行擴(kuò)散混合與燃燒，分為層流與湍流方式，燃燒速度由燃?xì)馀c空氣之間的混合度所決定。預(yù)混燃燒方式是燃?xì)馀c空氣混合均勻后，向爐內(nèi)送入進(jìn)行燃燒。天然氣鍋爐在對其燃燒進(jìn)行調(diào)整時，不僅能夠?qū)μ烊粴鈮骸⑷紵髋滹L(fēng)、總風(fēng)量、燃燒器數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，還能對爐膛火焰高度進(jìn)行改變等。燃?xì)馀c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?xì)馀c空氣流的湍流混合；二是根據(jù)某一角度或垂直方向使燃?xì)馀c空氣流實(shí)現(xiàn)相交流動；三是燃?xì)馀c空氣流混合都采用旋轉(zhuǎn)氣流。

2.1 天然氣燃燒的分級擴(kuò)散

天然氣擴(kuò)散燃燒是指在鍋爐內(nèi)的空氣與燃?xì)膺吶紵厰U(kuò)散混合，擴(kuò)散燃燒速度由空氣和燃?xì)饣旌铣潭人鶝Q定。根據(jù)噴口噴出氣流的雷諾數(shù)，擴(kuò)散燃燒方式可分為層流與湍流兩種。層流依賴分子擴(kuò)散運(yùn)動，湍流依賴湍流擴(kuò)散。擴(kuò)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(kuò)散燃燒時應(yīng)確保擴(kuò)散混合充分，才可獲得良好的燃燒效果。擴(kuò)散燃燒呈現(xiàn)發(fā)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(wěn)定性，不產(chǎn)生回火現(xiàn)象，幾乎也不會發(fā)生脫火。諸如325MW燃燒器采用天然氣分級擴(kuò)散燃燒，由燃?xì)狻⑷加图罢{(diào)風(fēng)器等裝置構(gòu)成燃燒器。燃?xì)庋b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?xì)饽軌驅(qū)崿F(xiàn)分段燃燒，利于生成氮氧化物總量的降低。調(diào)風(fēng)器主要由風(fēng)管、風(fēng)導(dǎo)筒、風(fēng)旋轉(zhuǎn)器調(diào)節(jié)裝置、分級風(fēng)門及裝置等構(gòu)成，在油霧著火前一次風(fēng)與其混合，采用風(fēng)滑動導(dǎo)筒位置對一次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)；燃燒器主要是將二次風(fēng)作為供風(fēng)部分；分級風(fēng)能夠使生成的氮氧化物量降低，軸向旋流器在風(fēng)管中設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對通過其中的風(fēng)轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)在燃燒器噴口后離開而擴(kuò)向四周，在中心位置產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，進(jìn)而回流高溫?zé)煔獾酱颂帲邷責(zé)煔饣亓骱竽軌蛱峁┏渥銦崃奎c(diǎn)燃燃?xì)狻２豢烧{(diào)整分級風(fēng)旋流器位置，但可以軸向調(diào)整二次風(fēng)旋流器位置，向后最大移動15cm。后移旋流器位置時，二次風(fēng)一部分不從旋流器經(jīng)過，而轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷黠L(fēng)，混合經(jīng)旋流器的風(fēng)后，將減弱二次風(fēng)旋流總強(qiáng)度，最終減小回流區(qū)。因此對二次風(fēng)旋流器軸向位置進(jìn)行調(diào)節(jié)能夠?qū)ζ湫鲝?qiáng)度與回流區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)，軸向移動二次風(fēng)旋流器能夠產(chǎn)生直流風(fēng)，靜而實(shí)現(xiàn)對旋流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。旋流二次風(fēng)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(qū)的高溫?zé)煔饧訜岫紵Ｈ紵髦械膰姵鎏烊粴馕恢镁嚯x燃燒器出口部位不長，只有11cm，正常應(yīng)用過程中，燃?xì)庵挥休^低的壓力，大約在五六十千帕之間。燃?xì)狻⒖諝庠诨旌线^程中燃燒而產(chǎn)生擴(kuò)散燃燒。

2.2 天然氣預(yù)混燃燒

預(yù)混燃燒是在燃燒前將均勻混合空氣與燃?xì)馑腿脲仩t的一種動力燃燒方式。在風(fēng)過量空氣系數(shù)不超過1時，火焰有內(nèi)外焰兩個錐面，外焰區(qū)域隨空氣系數(shù)增大，其燃?xì)鈹U(kuò)散燃燒的火焰逐漸縮短。空氣系數(shù)達(dá)到1時，將不再有外焰，而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o發(fā)光性的火焰。燃?xì)庠撉闆r下可快速燃燒，瞬間即可完成，而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o焰燃燒。

燃?xì)狻⒖諝饣旌贤ǔＳ扇齻€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(fā)生旋轉(zhuǎn)，混合一次風(fēng)后受到二次旋轉(zhuǎn)風(fēng)卷吸而混合。二是燃燒器中的預(yù)混具有40～45cm之間的長度。三是天然氣具有較高壓力，燃?xì)饩哂休^快的氣流速度，燃?xì)狻⒖諝馑俣认鄬Ρ容^大，均勻混合后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o發(fā)光性的火焰，而且火焰為預(yù)混燃燒的較短火焰。

3 天然氣燃燒調(diào)整

天然氣燃燒調(diào)一般通過其總風(fēng)量、有關(guān)參數(shù)及燃燒器配風(fēng)等方面實(shí)施。

3.1 天然氣工作壓力的調(diào)整

對天然氣工作壓力在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，天然氣具有負(fù)荷時，在對工作壓力調(diào)整時，還應(yīng)對投運(yùn)燃燒器數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)散燃燒方式中提高天然氣壓力后，使混合效應(yīng)增強(qiáng)，而導(dǎo)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(jìn)行改變，進(jìn)而使?fàn)t膛輻射特性得到改變，能夠?qū)^熱及再熱的蒸汽溫度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行中若鍋爐汽溫或減溫水量與設(shè)計(jì)存在較大的偏差，能夠利用此方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，對分布的爐內(nèi)燃?xì)鉁囟忍匦赃M(jìn)行改變。應(yīng)注意在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)壓力，避免局部產(chǎn)生過高的熱負(fù)荷，對水冷壁水循環(huán)等造成破壞。

3.2 天然氣燃燒器的調(diào)整

燃燒器采用對沖燃燒方式，依次分三層在前后墻進(jìn)行布置。在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下燃?xì)忮仩t的燃燒器起初采用全投運(yùn)行方式，過熱與再熱減溫水總量遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，使機(jī)組效率明顯降低，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。又因受到設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)手段的限制，適宜對高層燃燒器采取逐步停運(yùn)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(shè)計(jì)值基本接近，鍋爐再熱器的水量減溫因汽機(jī)高壓缸排汽溫度比設(shè)計(jì)值高，受熱面設(shè)計(jì)等原因無法調(diào)整至設(shè)計(jì)值，因此提高火焰強(qiáng)度將縮短火焰長度。

3.3 總風(fēng)量的調(diào)整

對鍋爐燃燒總風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在燃燒器中無任何跡象情況下，因天然氣性質(zhì)，將與空氣燃?xì)獗犬a(chǎn)生較大偏離，而引起燃燒惡化，特別是針對試運(yùn)機(jī)組將具有更大的危險。試運(yùn)過程中應(yīng)對機(jī)組負(fù)荷、天然氣流量、風(fēng)量及煙氣等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)檢查，對參數(shù)比例進(jìn)行核算。對參數(shù)存有疑問時應(yīng)查明原因，以避免產(chǎn)生燃燒惡化，確保鍋爐運(yùn)行的安全。將鍋爐總風(fēng)量調(diào)節(jié)在適宜范圍內(nèi)，并結(jié)合性能試驗(yàn)對最佳值進(jìn)行確定。

3.4 燃燒器調(diào)風(fēng)器的調(diào)整

燃燒器調(diào)風(fēng)器的調(diào)節(jié)是最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合調(diào)風(fēng)器結(jié)構(gòu)、風(fēng)對燃燒產(chǎn)生的不同作用，對各級風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用大量試驗(yàn)對最佳配風(fēng)方式進(jìn)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(jié)語

綜上所述，在天然氣鍋爐的實(shí)際應(yīng)用中，只有對天然氣燃燒方式采取科學(xué)合理的調(diào)整方法，才能明顯提高天然氣鍋爐的燃燒效率。

參考文獻(xiàn)

[1]韓煜九，張建聯(lián).工業(yè)爐內(nèi)天然氣燃燒的安全問題[J].工業(yè)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）.