燃煤鍋爐改造中的燃氣燃燒器設計研究

李雪晨?┬た∩? 祁皓寬

摘 要：出于對環境保護因素的充分考慮，我國中小型燃煤鍋爐使用情況愈發受到限制約束，為有效改善這一現狀，可將燃煤鍋爐改造成燃氣燃燒器，使其開始以氣體燃料燃燒為主要形式，實現綠色環保最佳成效。本文主要對燃煤鍋爐改造中的燃氣燃燒器設計展開深入化研究分析，在此僅供相關行業參考借鑒。

關鍵詞：燃煤鍋爐改造；燃氣燃燒器；設計分析

新時期發展背景下，社會對環境保護愈發重視，相應提出的標準要求也就越來越嚴格，致使燃煤鍋爐使用逐漸受到局限，特別是一些中小型燃煤鍋爐，普遍具有脫硫和除塵性能較差缺陷，甚至還容易產生較嚴重污染，對我國環境發展有著極為不利影響。在此情況下，燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐就勢在必行，可將原來的固體燃料徹底轉變成氣體燃料，徹底解決環境污染隱患，為生態環境保護奉獻一份力量。

一、明確燃氣燃燒器的類型

根據空氣供給方式的不同可將燃氣燃燒器分為以下幾種類型，分別是鼓風式燃燒器、自然引風燃燒器及引射燃燒器等。鼓風式燃燒器主要是指利用鼓風設備將空氣資源順利輸送到燃燒系統中，自然引風燃燒器是指利用鍋爐內部負壓將燃燒所需空氣資源引入到燃燒系統中，引射燃燒器則是指將利用燃氣射流將燃燒所需空氣吸入其中。[1]在上述提到的三種燃燒器類型中優勢最為突出的便是鼓風式燃燒器，普遍具有以下優勢：第一，有效避免了燃燒器回火，能夠合理調整負荷范圍；第二，可適當增加空氣和燃氣之間的預熱溫度，大大提高鍋爐燃燒效率；第三，結構設置簡單，生產制造極其簡便，投資成本相對較低；第四，因空氣與燃氣融合并不在燃燒器內部展開，所以可減少燃燒容器尺寸大小使其達到較高熱負荷；第五，讓燃燒高溫區域離開鍋爐表面，延長燃燒器實際使用壽命。而對于中型燃煤鍋爐來說，因其自身具備良好送風性能，所以在將其改造成燃氣鍋爐時可有效利用原有鼓風能力將空氣順利送入到鍋爐內，所以鼓風式燃燒器可以說是燃氣燃燒器類型的最優選擇。除此之外，自然引風燃燒器和引射燃燒器則具有改造成本較低且不需鼓風設備等特點，但因燃燒所需空氣都是以自然引風和引射方式輸入，因此一次空氣系數相對較小，燃燒溫度也普遍較低。[2]

二、燃氣燃燒器位置的明確

根據相關調查發現，現階段我國中小型鍋爐如果按照燃燒方式的不同進行劃分，具體可分為層燃爐和室燃爐兩種，其中層燃爐大多均為鏈條爐結構，燃料在固定或是緩慢移動的爐上進行燃燒；而室燃爐則大多均為煤粉爐，借助爐墻或是煤粉燃燒器順利進入到爐膛環境內實現燃燒，當前最常見的分別是對沖燃燒和切圓燃燒兩種方式。一旦燃煤鍋爐改造后為鏈條爐，那么前后爐墻在進行燃氣燃燒器安裝時將帶來極大不便之處，所以應盡可能將燃氣燃燒器安裝在鏈條爐側墻位置，并且為使改造后的鍋爐溫度與改造前相同，工作人員還需盡可能避免鏈條爐內換熱設備出現較大變動情況，將燃氣燃燒器安裝在鍋爐側墻結構上。但在此期間還需注意一點就是燃氣燃燒器安裝應避免位置較低，防止火焰直接穿過鏈條爐造成毀壞影響，具體可用以下公式進行表示：R=3.3RoWOWM，其中R表示的是射流寬度，Ro表示的是燃燒器噴口半徑大小，WO表示的是射流出口速度，WM表示的是射流截面軸向速度。由上述公式可以看出，往往射流寬度主要由射流出口速度和射流半徑與射流截面軸向速度之間的比值進行決定。[3]

三、明確燃氣燃燒器個數

將燃煤鍋爐改造成燃氣燃燒器后總個數需通過以下公式來明確：n=QglQrq，其中n主要表示的是燃氣燃燒器的實際個數，Qgl代表的是鍋爐熱負荷容量大小，Qrq代表的是單個燃氣燃燒器熱負荷情況。在燃氣燃燒器設計期間，往往單個燃燒器熱負荷的明確要充分考慮到鍋爐實際運行的負荷變化情況，如果鍋爐負荷處于相對穩定狀態下那么單個燃燒器熱負荷數值將去最大值，燃氣燃燒器的個數相對較小。但若是鍋爐負荷處于較不穩定狀態且變化波動較大，則單個燃燒器熱負荷數值可選取最小值，而燃氣燃燒器個數則相對較大。將燃煤鍋爐改造成燃氣燃燒器時，為避免多個燃燒器同時運行期間某一燃燒器出現故障引發火災及爆炸事故，通常需將燃氣燃燒器個數合理控制在3個范圍內，這樣一來不但能有效解決因受鍋爐低負荷因素影響出現的回火、熄火等問題，還能通過燃燒器內部油槍的安裝來更好適應低負荷變化情況，再加上熄火防爆裝置的有效設置可充分保證燃氣燃燒器使用安全性。

四、燃氣燃燒器設計相關參數

與燃煤鍋爐改造有關的燃氣燃燒器參數主要包括以下幾點：燃氣空氣出口流速、燃燒器噴口尺寸大小、燃燒器入口燃氣壓力及流量數值等，其中燃燒器噴口尺寸大小和流量數值可通過鍋爐熱負荷和燃燒器個數情況準確得出結果，以下就上文提到的鼓風式燃燒器、自然引風燃燒器及引射燃燒器參數展開詳細闡述，其中鼓風式燃燒器入口燃燒壓力為56kPa，燃氣出口流速為7090m/s1，空氣出口流速為5060m/s1，自然引風燃燒器入口燃燒壓力為0.51.5kPa，燃氣出口流速為4060m/s1，空氣出口流速為58m/s1，引射燃燒器入口燃燒壓力為12kPa，燃氣出口流速為5070m/s1，空氣出口流速為1020m/s1。由此可以了解到，為確保燃煤鍋爐能夠順利改造成燃氣燃燒器，相關設計人員在開展設計工作前需充分掌握相關參數，基于此提出合理化設計方案，促使燃氣燃燒器能夠穩定運行。[4]

五、結語

總而言之，因燃煤鍋爐生產具備較多缺陷，如環境污染嚴重、生產效率較低等，所以需將其改造轉變成燃氣燃燒器，在進行設計工作時需結合相關參數，充分考慮到所有可能發生影響因素，促使燃氣燃燒器工作效率及質量能夠大幅度提升，實現燃氣燃燒器設計最佳成果。

參考文獻：

[1]趙國強，彭文玲.燃煤鍋爐房改造為燃氣鍋爐房的工程設計[J].煤氣與熱力，2014（10）：3638.

[2]姬海民，李紅智，趙治平，等.新型低NOx燃氣燃燒器數值模擬及改造[J].熱力發電，2015（12）：107112.

[3]齊金龍.燃煤鍋爐燃高焦爐煤氣的改造與應用研究[D].哈爾濱工業大學，2015.

[4]劉波.煉化工業爐污染物減排燃燒技術研究[D].華東理工大學，2016.