重油燃燒機組的設計要點

戴興旺,楊小林,徐 鵬,姚佐權

（合肥通用機械研究院,安徽合肥 230031）

引言

重油作為原油提煉后的副產品，具有熱值高、粘度大、閃點低、價格低的特點成為重要的燃料而被廣泛使用。重油燃燒機組作為工業爐窯和民用鍋爐的燃料供給系統的主要組成部分，在我國冶金、石油、玻璃、陶瓷、水泥等行業中得到大量的使用，但隨著國家對環保的要求日益提高，對重油機組的節能要求也提出了更高的設計要求。為此我們從重油儲罐的溫度控制、充分利用蒸汽潛熱換熱、采用變量供油方式等幾方面考慮進行優化設計，大大降低了重油燃燒機組的能耗。

1 重油燃燒機組組成[1]

重油燃燒機組是指向工業爐提供具有一定溫度、壓力流量的重油燃料的單元設備，它以閃點和粘度較低的輕油系統做為點火系統，點火后，再通入粘度和閃點較高并經加熱和霧化后的重油進行燃燒，所以重油燃燒機組包括有重油系統、輕油系統、加熱系統及控制系統。重油燃燒機組流程簡圖見圖1，主要包括貯油罐、油機組，燃燒器，伴熱系統，控制系統及管道系統等部分。

圖1 重油燃燒機組

工藝流程：燃油儲存至油罐——油罐加熱保溫——燃油進入油泵——燃油進入換熱器——燃油進入燒嘴——剩余燃油回流至油罐或油泵入口。

2 重油燃燒機組的設計

2.1 設計工況

重油相關參數如下：

進口溫度：70～80 ℃;

出口溫度：100～160 ℃；

流量：4 m3/h;

進口壓力：－0.05 MPa；

出口壓力：1.5 MPa。

2.2 貯油罐的設計

貯油罐分為重油貯油罐和輕油貯油罐。

重油貯油罐一般采用立式儲罐，簡圖如圖2所示。貯油罐設置液位測量、控制裝置，通過液位控制電磁閥間斷輸入重油使罐內重油保持一定液位。為了防止重油因溫度過低而造成凝結，貯油罐底部設置蒸汽盤管加熱器，而油溫過高會造成“冒罐”現象。為了防止儲罐內重油溫度過高和過低，在重油罐上設置溫度傳感器來對加熱系統進行控制，同時在罐內設置溢流管用以防止重油“冒罐”。

圖2 貯油罐

如儲罐容積不大于100 m3，則儲罐溫度控制80℃左右，重油可直接供應至重油機組；如儲罐容積大于于100 m3，若儲罐溫度控制80℃左右，在相同的溫差下，由于儲罐表面積大，儲罐自然散熱量大，造成大量能量浪費，此時將儲罐油溫控制在60℃左右，在重油出口處設置電加熱，將油溫升至80℃左右供應至重油機組，有效地降低了儲罐與外界的自然換熱量，節約能源。

輕油罐一般采用臥式儲罐，輕油采用柴油，因其易燃的特點，應采用埋地設置，而此時輕油泵的位置高于輕油儲罐，為了防止輕油倒流至罐內，造成輕油泵抽空而損壞，在輕油出口管線處設置底閥，使整條管線內充滿輕油。

2.3 油機組的設計

油機組如圖3所示，主要包括過濾器、油泵、換熱器、控制系統等部分，是整個重油燃燒機組的核心。

a)過濾器

由于燃油雜質較多，為了保護油泵不被損壞，在燃油進口設置油過濾器，重油管路采用復式油過濾器（精度0.2 mm），便于更換維修。輕油管路的過濾器一般采用藍式過濾器（精度0.2 mm）。

b)油泵

作為燃油機組的動力裝置，需要具備流量小、壓力高、油壓穩定及工作時間長等特點，選用齒輪泵或螺桿泵。

油機組中重油泵常采用雙泵布置（一備一用），為了防止重油在油泵處凝固，油泵設有伴熱保溫裝置或蒸汽保溫夾套，同時在重油泵上設置小口徑回流管路，以保證油泵的熱備用，防止油泵啟動時因重油溫度過低，粘度過高而造成電機過載或油泵損壞，同時在油泵出口設置安全閥以保證安全。

油泵的流量應根據鍋爐房用油量和回油量之和確定，油壓不小于燒嘴的要求壓力與燃油的損失壓力之和。

c)換熱器

重油燃燒前需要在燒嘴中進行高壓霧化處理，重油的粘度在6°E以下，油溫需達到115℃以上才能達到霧化要求，而油泵輸出的重油溫度一般在75℃左右，這就需要對重油進行二次加熱處理。

圖3 油機組

對重油的二次加熱設備一般采用是列管式換熱器或U型管式換熱器，要求將重油溫度由泵出口的75℃提升到120℃左右。常用的換熱介質為高壓飽和水蒸汽或耐高溫導熱油，根據的換熱熱量不同，換熱器采用單臺或多臺串聯布置。

在工礦企業中蒸汽的取得較為方便，因此常使用高壓飽和水蒸汽進行換熱，此處，蒸汽飽和蒸汽壓力為2.0 MPa，溫度為212℃，為了充分利用飽和蒸汽的潛熱，在換熱器排水口設置疏水閥，控制出口壓力，使飽和蒸汽充分液化，散發潛熱。

d)控制系統

油機組中的控制系統主要對燃油的油溫、油壓和油量進行控制和調整，以保證供油的穩定。

通過對換熱器的水蒸氣或導熱油的流量調節進行溫度控制。在回油管路上設置壓力調節閥對供油壓力進行調節。為了保證滿足鍋爐對油量實際需求，油泵供給的燃油流量和壓力通常大于需要值，所剩燃油通過回油管道輸送至泵前或油罐。為了降低能耗，此處選擇變量供油方式[2]來控制油量。

e)伴熱系統

由于重油的凝點底，因此需要對重油管路進行伴熱保溫處理，采用蒸汽管路伴熱，管路外壁用40 mm厚巖棉保溫。

換熱器是進行高溫熱交換的場所，所以需要保溫處理，外壁用60 mm厚巖棉保溫。

2.4 管道系統的設計

重油管道由于重油的粘度大特性對管道進行伴熱和保溫處理，還應適當設計吹掃取樣口，伴熱管線則應進行保溫。重油管道進出口應設置人工補償器。

3 結束語

由于各種工業、民用爐窯的不同在設計重油燃燒系統應根據各種不同的工況進行優化的設計。油溫和油壓的穩定性是重油燃燒系統主要性能指標，只有穩定的燃燒才能對工業爐窯的熱值保證。

本文通過重油儲罐的溫度控制、充分利用蒸汽潛熱換熱、采用變量供油方式等幾方面考慮對燃燒機組進行了優化設計，大大降低了重油燃燒機組的能耗，在實際的使用過程中也取得了顯著效果。

[參 考 文 獻]

[1]燃油燃氣鍋爐房設計手冊編寫組．燃油燃氣鍋爐房設計手冊．北京：機械工業出版社，1998．

[2]徐鵬，姚佐權.重油機組的開發研究 [J].流體機械，1998，26（8）：15-18

收稿日期：2018-02-08