工業鍋爐用燃燒器標準現狀及安全運行要素

何涇渭黎亞洲徐洪濤韋中懸

(1.廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120)

(2.中國特種設備檢測研究院 北京 100029)

(3.上海理工大學 能源與動力工程學院 上海 200093)

工業鍋爐用燃燒器標準現狀及安全運行要素

何涇渭1黎亞洲2徐洪濤3韋中懸1

(1.廣東省特種設備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120)

(2.中國特種設備檢測研究院 北京 100029)

(3.上海理工大學 能源與動力工程學院 上海 200093)

本文介紹了工業鍋爐燃燒器的分類情況，分析了國內外燃燒器標準現狀，指出了目前我國燃燒器相關標準不足的問題，重點介紹了《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術規范》國家標準意見征求稿內容，詳細給出了有關燃燒器安全運行相關要素。該標準的頒布施行對于實現我國工業燃燒器的安全運行和促進燃燒器行業發展有重要的意義。

工業鍋爐 燃燒器 安全運行要素 國家標準

隨著社會的不斷發展進步和我國整體工業化水平的不斷提高,燃燒器作為一種高效地將燃料化學能轉化為熱能的設備已經廣泛運用于人們生產生活中的方方面面。近年來,由于燃燒器違規操作而在點火啟動和運行中發生爆燃和爆炸的事故越來越多。以最近的事故為例,2017年1月12日上午,湖北省枝江市某企業一臺臥式內燃鍋爐在調試點火時發生爐膛燃爆事故,造成2人死亡,7人受傷,國家質檢總局辦公廳為此專門發布了《關于燃氣鍋爐風險警示的通告》。燃氣鍋爐事故的頻頻發生不僅造成大量的經濟損失,更嚴重的是人們的生命安全也受到了威脅。現在,如何保證燃燒器安全生產運行已經受到人們的廣泛重視。

燃燒器是使燃料和空氣以一定方式噴出混合(或混合噴出)燃燒的裝置統稱。燃燒器按類型和應用領域分工業燃燒器、燃燒機、民用燃燒器和特種燃燒器等幾種[1]。其中,工業燃燒器在工業設備中應用廣泛,涉及各種工業生產與民用領域,如電力企業、鋼鐵企業、水泥企業、玻璃企業和建材行業等。工業燃燒器分類方式多樣,按照使用對象分為窯爐燃燒器、鍋爐燃燒器和加熱爐用燃燒器等,按照燃料方式工業燃燒器可分為液體燃料燃燒器、氣體燃料燃燒器以及煤粉燃燒器三種。其中,液體燃料燃燒器又可以細分為輕油、重油和醇基等燃料燃燒器;氣體燃料燃燒器又可分為液化石油氣、天然氣和城市煤氣燃燒器。煤粉燃燒器是以煤粉為燃料,又可分為旋流式和直流式煤粉燃燒器。按照結構分類,工業燃燒器又可分為整體式燃燒器和分體式燃燒器。目前,工業燃燒器種類很多,可以滿足人們生產和生活中各種不同的需求,平常所說的燃燒器主要指的是鍋爐用燃燒器[2]。

進入21世紀后,隨著我國市場經濟的迅猛發展,改革開放日益深入,整個社會面臨的環境污染問題越來越突出,這迫使人們在重視傳統的“金山銀山”的同時也開始關注于影響人們生活質量的“綠水青山”,國家對環境保護也越來越重視,各種環保政策與舉措力度不斷加大。基于此,我國對整個社會能源消耗結構做出了相應調整,以工業燃燒器為例,其所使用的燃料結構開始呈現多元化趨勢,傳統的燃煤燃燒器市場日益萎縮,液體燃料和氣體燃料燃燒器開始異軍突起。

近幾年隨著科技的發展,在工業生產和人們生活中也出現了一些新型燃燒器,如表面燃燒器、醇基燃料燃燒器和生物質氣體燃燒器等。其中表面燃燒技術是近10年發展起來的具有高效節能、低污染的新型燃燒技術,技術的核心是多孔材料燃燒器。燃氣在多孔材料內部和表面進行燃燒,主要以輻射換熱為主[3]。醇基燃料燃燒器是以醇類(如甲醇、乙醇、丁醇等為主體配置的)物質作為燃料的燃燒器,生物質氣體燃燒器是以生物質冷態熱解氣或生物質熱態熱解氣為燃料的燃燒器,醇基燃料和生物質氣體燃料都為可再生能源,從而減少環境的污染和化石能源的消耗。

1 燃燒器國內外標準現狀

目前,歐美等發達國家對應用燃氣和燃油的燃燒技術,包括對工業燃燒器的研究歷史悠久,而且已研發出了專門的工業燃燒器檢測裝置和方法,建立了多方面多層次的判定準則以及許多針對不同工業燃燒器類型的技術標準,如針對全自動鼓風燃氣燃燒器的最新歐洲標準EN 676—2016 Automatic Forced Draught Burners for Gaseous Fuels[4]和強制鼓風燃油燃燒器的最新歐洲標準EN 267—2016 Automatic Forced Draught Burners For Liquid Fuels[5]。同時,隨著污染物排放要求日益嚴格和先進燃燒技術與自動控制技術的發展,這些歐美國家如德國、美國等也在不斷地調整并更新與工業燃燒器有關的技術標準。

隨著中國社會的進步和科技的發展,燃燒器行業的發展越來越快,燃燒器種類和適用范圍不斷增加。GB/T 19839—2005《工業燃油燃氣燃燒器通用技術規范》[6]和TSG ZB001—2008《燃油(氣)燃燒器安全技術規則》[7]作為保障燃燒器安全運行,避免和減少燃燒器設備事故的重要的技術規則已經實施多年,技術規范里面對于燃燒器的結構與設計、安全與控制裝置、安裝與系統、運行與維護、技術和銘牌做出了規定。隨著時間的推移,該技術規范和規則已不能完全適應現階段我國燃燒器的整體情況,需要一整套新的關于燃燒器的國家標準來對燃燒器整個行業產品進行規范。

基于上述原因,2015年12月,國家標準委以國標委綜合【2015】73號《國家標準委關于下達2015年第三批國家標準制修訂計劃的通知》下達了標準起草任務,項目編號為20154018-T-469。中國特種設備檢測研究院組織有關專家成立了起草組,討論了《鍋爐用液體和氣體燃料燃燒器技術條件》的編制原則、編制重點內容及主要問題、結構(章節)框架,并且就起草工作進行了具體分工,制定了起草工作時間表。2016年4月在上海、2016年7月在大慶、2016年12月在無錫對標準的內容進行討論,于2017年2月完成了標準的征求意見稿初稿,并提交全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會鍋爐分技術委員會秘書處。

新的燃燒器國家標準《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術條件》(征求意見稿)(以下簡稱“標準征求意見稿”)與原GB/T 19839—2005和TSG ZB001—2008相比,其內容更加完善和全面,不但對鍋爐用燃燒器安全運行條件進行了規范,同時規定了鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器的分類與型號、組成與基本配置、基本要求、性能要求、設計與制造、檢驗與試驗、安裝與調試及使用與改造維護等方面的技術要求。“標準征求意見稿”借鑒了歐美燃油和燃氣燃燒器的國際標準,結合我國燃燒器行業現狀,制訂了覆蓋范圍廣、適應性強的技術規范要求,與國際先進水平保持同步。該標準適用于固定式鍋爐用以液體/氣體為燃料的自動強制鼓風燃燒器和自動自然通風燃燒器。各類工業窯爐、工業加熱爐及其他用途燃燒器可參照該標準執行。

“標準征求意見稿”對燃燒器進行了更為細致的分類,并對燃燒器產品型號進行了科學規定。同時,對燃燒器型式試驗機構、型式試驗人員、改造及檢測、調試人員和制造單位及人員進行了規范。該技術規范涵蓋了特殊燃燒器的設計、安裝和使用要求,包括醇基燃料、生物質油、低熱值氣、可燃工業尾氣等非常規的液體和氣體燃料燃燒器。進一步細化了燃燒器的安全啟動步驟,增加了燃燒器停機后進行后吹掃的要求。另外,給出了燃燒器在出現故障時的處理辦法;給出了燃燒器配套電氣安全條件;給出了燃燒產物原始排放濃度參照表,對燃燒器在運行時產生的噪聲進行了規定。最后,對燃燒器在設計、部件連接密封、空氣流量裝置、燃氣壓力保護裝置、切斷閥、點火裝置、空氣/燃料比例調節裝置等進行了規定。

“標準征求意見稿”對燃燒器生產制造、安全運行和調試安裝等進行了規范,符合現階段我國燃燒器整體發展狀況。

2 燃燒器安全運行要素

“標準征求意見稿”中,對燃燒器安全運行要素重新進行了明確的規定。與燃燒器安全運行要素有關的包括前吹掃、后吹掃、啟動熱功率、安全時間和停機等。以下針對上述要素分別介紹。

2.1 前后吹掃時間

燃燒器在點火之前,應先檢查點火的條件是否滿足。首先,觀察燃料管道外觀是否有破損,檢查管道線路相關的閥門是否處于正常的狀態,管路及接頭法蘭等有無松動或泄露現象,觀察燃料壓力是否正常,并用測漏儀檢測氣體燃料是否有泄漏[8]。然后,檢查燃燒器外觀是否完好無損,是否與爐膛之間安裝牢固并調整完畢,手動啟動鼓風機查看風機電機旋轉方向是否正確。燃燒器外部的電路聯接應符合電器安裝要求,燃燒器控制柜電源送電后,確認程序控器等部件接插牢固無松動[9]。對燃燒器進行冷態程序模擬,觀察運行中程序控制器走位是否正確,各部件動作時序是否正確。

“標準征求意見稿”中規定燃燒器點火裝置通電前必須對燃燒室和煙道內部進行前吹掃,液體燃料燃燒器的前吹掃時間和前吹掃風量應符合以下要求:1)前吹掃風量應為額定輸出熱功率下的所需風量,并進行額定輸出熱功率下風門位置驗證;2)前吹掃時間與前吹掃風量還應滿足 TSG G0001《鍋爐安全技術監察規程》的有關要求;3)液體燃料燃燒器的前吹掃時間和前吹掃風量應符合表1中的要求;4)對于氣體燃料燃燒器的前吹掃時間和風量應符合表2中的要求; 5)雙燃料燃燒器前吹掃時間和吹掃風量應按照氣體燃料燃燒器的要求。

表1 液體燃料燃燒器前吹掃時間和前吹掃風量

表2 氣體燃料燃燒器前吹掃時間和吹掃風量

鍋爐正常運行狀態下,溫度、壓力等調節裝置發出停機信號時,燃燒器應受控停機,燃燒器受控停機后,應立即進行吹掃,吹掃時間應符合表3的要求。

表3 燃燒器后吹掃時間

2.2 啟動熱功率和安全時間

“標準征求意見稿”中規定,液體燃料點火燃燒器點火應符合以下要求:1)點火燃燒器電火花點火后,若點火燃燒器與主燃燒器開啟的時間間隔超過5s,應對點火火焰進行監控;2)在火焰未點燃且在安全時間內切斷燃料供應的情況下,點火燃料最多允許供應10s(5s為預點火時間,5s為安全時間),無須在預點火時間(5s)內單獨監控點火火焰。氣體燃料點火燃燒器點火應符合以下要求:1)除閥門檢漏以外,在電火花點火裝置或其他點火裝置通電前點火燃氣閥不應通電;2)對于輸出熱功率大于或等于120kW的燃燒器,點火燃氣從兩個主燃氣安全切斷閥之間引出,在啟動前,下游主燃氣安全切斷閥不應通電;3)如果點火燃氣是由下游主燃氣安全切斷閥的位置控制的,應安裝調壓裝置使點火燃氣量達到本標準要求,且使燃氣壓力大于系統阻力。

“標準征求意見稿”中,對液體燃料燃燒器在不同額定輸出功率下的點火安全時間和最大允許啟動熱功率的要求見表4,氣體燃料燃燒器在不同額定輸出功率下的點火安全時間和最大允許啟動熱功率的要求見表5。

表4 液體燃料燃燒器啟動熱功率和安全時間

表5 氣體燃料燃燒器啟動熱功率和安全時間

2.3 停機

“標準征求意見稿”中規定,在啟動或運行過程中,出現以下任何一種情況時燃燒器應安全停機:1)電源、動力氣源中斷或異常;2)燃氣壓力低于設定值; 3)液體燃料燃燒器出現霧化介質故障、燃料壓力低、燃料溫度低、帶有回流式噴嘴的燃燒器回流壓力高、采用旋轉霧化器時轉杯速度低等。

當燃燒器在前吹掃期間出現故障時,應安全停機并聯鎖保護。對于輸出熱功率小于或等于120kW的燃燒器,允許安全停機后進行1次重啟,如果重啟失敗應安全停機并聯鎖保護。當燃燒器點火期間出現火焰故障時,燃燒器點火期間發生火焰故障應安全停機并聯鎖保護,強制鼓風燃燒器可按照完整啟動程序重啟,最多允許重啟2次,如果2次重啟均失敗,應安全停機并聯鎖保護。當燃燒器在運行期間出現火焰故障,應安全停機并聯鎖保護。對于輸出熱功率小于或等于400kW的液體燃料(醇基燃料除外)燃燒器,允許安全停機后按完整啟動程序進行1次重啟,如果重啟失敗應安全停機并聯鎖保護。

3 總結

本文重點介紹了《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術規范》新的國家標準出臺的背景和必要性,詳細介紹了與工業鍋爐用燃燒器相關的安全運行要素。該標準有效地填補了現階段我國鍋爐用燃燒器行業標準的不足,同時對于燃燒器發展和創新起到一定的規范指導作用,對于實現燃燒器的安全運行和促進燃燒器行業發展有重要的意義。

[1] 鄔凱，吳麗梅，安欣．等．燃燒器分類及形式[J]．黑龍江科技信息，2013，（01）：69．

[2] 劉紅星，王明庭，劉景新，等．燃氣燃燒器安全運行措施探討[J]．節能，2013，（08）：68-72+3．

[3] 湯慧萍，奚正平，廖際常，等．金屬多孔材料表面燃燒器的發展現狀[J]．稀有金屬材料與工程，2006，（S2）：423-427．

[4] EN 676—2016 Automatic Forced Draught Burners for Gaseous Fuels[S]．

[5] EN 267—2016 Automatic Forced Draught Burners For Liquid Fuels[S]．

[6] GB/T 19839—2005 工業燃油燃氣燃燒器通用技術規范[S]．

[7] TSG ZB001—2008 燃油(氣)燃燒器安全技術規則[S]．

[8] 降濤．談燃氣鍋爐房燃燒器安全管理[J]．區域供熱，2013，（02）：81-83+87．

[9] 童敏．燃氣燃燒器安全控制技術探討[J]．中國石油和化工標準與質量，2012，（01）：84．

Standard Status Quo and Safety Operation Factors of Burners for Industrial Boilers

He Jingwei1Li Yazhou2Xu Hongtao3Wei Zhongxuan1
(1.Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Dongguan Branch Dongguan 523120)
(2. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(3. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology Shanghai 200093)

This paper introduces the classifcation of industrial boiler burners, analyzes the status of burner standard at home and abroad, and points out the problem of insuffcient standard of burners in China. The contents of the national standard of Specification for Liquid Fuels and Gaseous Fuels Burners of Boilers are introduced in detail, and the relevant factors related to the safe operations of the burner are presented. The implementation of this standard is signifcant for the safe operations of Chinese industrial burner and the promotion of the development of the burner industry.

Industrial boiler Burner Safety operation factor National standard

X933.4

B

1673-257X(2017)08-0005-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.002

何涇渭（1960～)，男，本科，高級工程師，從事壓力容器檢驗檢測與管理工作。

何涇渭，E-mail： hogingwei@126．com。

2017-04-10）