燃氣鍋爐不完全燃燒現(xiàn)象的分析

摘要：不完全燃燒現(xiàn)象在燃氣鍋爐燃燒中十分常見。文中以一臺燃氣鍋爐的不完全燃燒后出現(xiàn)積碳現(xiàn)象為案例，詳細分析了不完全燃燒產(chǎn)生的原因及存在的危害，并提出了判斷不完全燃燒的方法，期望能為燃氣鍋爐的科學燃燒提供一定的指導和幫助。

關鍵詞：燃氣鍋爐；不完全燃燒；一氧化碳；積碳

Analysis of Incomplete Combustion of Gas-fired Boiler

LIU Mingshun

（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute，Quanzhou 362000，F(xiàn)ujian，China）

Abstract： Incomplete combustion is very common in the combustion of gas-fired boilers. Taking the carbon deposition phenomenon after incomplete combustion of a gas-fired boiler as an example， we analyzed the causes and hazards of incomplete combustion in detail， and put forward the judgment methods of incomplete combustion， which expects to provide some guidance and help for the scientific combustion of gas-fired boiler.

Key Words： Gas-fired boiler; Incomplete combustion; Carbon monoxide; Carbon deposition

0引言

近年來，隨著大氣污染防治行動的大力實施，燃氣鍋爐被越來越多地應用到工業(yè)生產(chǎn)上[1]。相對于燃煤、燃生物質鍋爐而言，燃氣鍋爐具有更為清潔環(huán)保、自動化程度高、燃燒調整方便、鍋爐熱效率高等優(yōu)點[2]，但也存在燃料成本較高的劣勢。燃氣鍋爐一旦出現(xiàn)燃燒狀況不理想，不僅會白白浪費燃料、增加生產(chǎn)成本，而且會排出有害氣體污染環(huán)境。因此，燃燒狀況的好壞，直接關系到燃氣鍋爐的運行成本、熱效率、使用壽命和廢氣排放等諸多方面。

不完全燃燒現(xiàn)象在燃氣鍋爐燃燒中十分常見，然而使用單位往往沒有引起足夠的警惕和重視，最終造成鍋爐燃燒狀況的持續(xù)惡化。文中以一臺燃氣鍋爐的不完全燃燒現(xiàn)象為案例，詳細分析了不完全燃燒產(chǎn)生的原因及存在的危害，并提出了判斷不完全燃燒的方法，期望能為燃氣鍋爐的科學燃燒提供一定的指導和幫助。

1 案例概況

1.1 設備基本情況

設備品種：承壓蒸汽鍋爐；設備型號：WNS4-1.25-Y.Q；設計參數(shù)：額定蒸發(fā)量：4t/h，額定壓力：1.25MPa，出口溫度：194℃；使用燃料：天然氣；服役年限：試運行1個月；運行工況：額定負荷。該鍋爐產(chǎn)生的蒸汽主要用于酒店毛巾、床單等生活用品的洗滌和烘干。

1.2 檢測依據(jù)和主要儀器

檢測依據(jù)主要有：GB/T 16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》及修改單；HJ/T 397-2007《固定源廢氣監(jiān)測技術規(guī)范》；GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》。

檢測主要儀器：青島嶗應環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的3012H型自動煙塵（氣）測試儀及配套的采樣槍。

1.3 燃燒存在的問題

用自動煙塵（氣）測試儀對該燃天然氣鍋爐進行新建鍋爐大氣污染物排放檢測時發(fā)現(xiàn)：其排煙處煙氣成分中O2含量為0%，CO含量為18504mg/m3（見圖1）；其顆粒物的采樣濾筒上吸附有許多黑色物質（見圖2），經(jīng)回實驗室干燥稱量后，其廢氣中顆粒物排放濃度達54mg/m3，超過GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中表2規(guī)定的新建鍋爐顆粒物排放濃度限值（20mg/m3）。從以上測試數(shù)據(jù)和結果可知，該鍋爐爐內燃燒已出現(xiàn)缺氧，且存在大量不完全燃燒產(chǎn)物CO，爐內不完全燃燒現(xiàn)象嚴重；顆粒物采樣結果表明，爐內已出現(xiàn)積碳現(xiàn)象。

2 案例分析

2.1 不完全燃燒現(xiàn)象的原因分析

燃氣鍋爐出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象，可以從其煙氣測試中的O2含量偏低、CO含量偏高來判斷。但造成燃氣鍋爐不完全燃燒現(xiàn)象的原因卻不盡相同，主要有以下兩種情況：

1）鍋爐的進風量太小。鍋爐在調試過程中，進風口的開合度太小，導致進風中的氧氣含量明顯低于進氣量理論能夠支持完全燃燒所要求的氧氣量，造成不完全燃燒。還有一種比較常見的案例是，鍋爐在正常進風時，因周圍環(huán)境不夠清潔，燃燒器進風口處被進風夾帶的灰塵、毛絮等懸浮物附著，從而造成供氧量下降。長期以往，供氧不足就會導致不完全燃燒現(xiàn)象。

2）天然氣輸入量太大。天然氣輸入量已超過鍋爐額定負荷下所需的最高燃料量，造成正常的進風供氧量無法滿足鍋爐的實際輸入燃料量燃燒。這種情況可以通過鍋爐配套的燃氣表數(shù)據(jù)來判斷。結合文中案例，具體判斷方法如下：

燃氣鍋爐的耗氣量可以由以下公式（1）計算：

燃氣鍋爐耗氣量＝鍋爐功率×時間÷燃料熱值÷鍋爐熱效率" " " " " " " " " " " " （1）

理論上，1t/h的燃氣鍋爐功率為0.7MW（即700kW），天然氣熱值約為35000 kJ/m3（標況），鍋爐熱效率按90%計。那么，1t/h的燃氣鍋爐每小時耗氣量為：（700kW×1h×3600）÷35000kJ/m3÷

90%=80m3（標況）（注：1kW·h=3600kJ）。當然每臺燃氣鍋爐的具體耗氣量受天然氣的熱值和鍋爐的實際熱效率影響而略有偏差。

由上述計算結果或參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)[3-4]可知，一般額定蒸發(fā)量為1t/h的蒸汽鍋爐（或額定熱功率為0.7MW的有機熱載體鍋爐），額定負荷下運行大約需要輸入80m3/h（標況）的天然氣。文中案例中的鍋爐額定蒸發(fā)量為4t/h，額定負荷下運行大約只需輸入320m3/h（標況）的天然氣。通過查看燃氣表，發(fā)現(xiàn)該鍋爐在額定負荷下運行穩(wěn)定燃燒時，其實際輸入天然氣量高達370m3/h（標況）（見圖3），進氣量大大超過額定負荷下所需的燃料量。由此可以判斷，該鍋爐不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是進氣量過大，造成爐內氧氣供應不足，從而生成大量的不完全燃燒產(chǎn)物CO，慢慢形成爐內積碳現(xiàn)象，最終也影響鍋爐的清潔排放。

2.2進一步內部檢驗

基于以上測試結果與分析，要求使用單位立即停爐做進一步的內部檢查。通過檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐的燃燒器和尾部煙管及管板等多處均有一層明顯的黑色附著物（見圖4～圖5）。通過清理發(fā)現(xiàn)，該黑色附著物為不完全燃燒產(chǎn)生的碳化物，這與顆粒物采樣濾筒內吸附的黑色物質相同。從而也進一步證實，該鍋爐由于存在不完全燃燒已產(chǎn)生嚴重的積碳現(xiàn)象。

3 不完全燃燒的危害

1）污染環(huán)境。不完全燃燒會持續(xù)產(chǎn)生大量的CO氣體，CO是一種對人體有害的氣體。這些生成的氣體一部分會飄散在鍋爐房內，濃度高時會使司爐人員發(fā)生CO中毒；另一部分則會隨著尾氣從煙囪處排入空氣，污染環(huán)境[5]。

2）消耗燃料。天然氣是一種成本相對較高的燃料，不完全燃燒產(chǎn)生的是熱量更低的CO產(chǎn)物，因此產(chǎn)生同樣的熱量需要消耗更多的燃料。與此同時，不完全燃燒也會導致大量的天然氣來不及燃燒，就隨著鍋爐尾氣從煙囪處排放出去，從而造成燃料的白白浪費，增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。

3）產(chǎn)生積碳。不完全燃燒嚴重時會使爐內的氣體發(fā)生熱分解，重新積聚生成黑色相當小顆粒的碳粒[6]，碳粒在鍋爐內隨著煙氣飄散，久而久之會在鍋爐的燃燒器、煙管及管板、煙道及煙囪等處吸附，形成積碳現(xiàn)象。這不僅影響鍋爐傳熱，也會對它的燃燒器、煙管等部件產(chǎn)生堵塞，從而影響鍋爐的熱效率和使用壽命。

4 不完全燃燒的判斷方法

燃氣鍋爐的燃燒狀況其實是一個動態(tài)變化的過程，易受運行負荷及周圍環(huán)境等因素的影響。因此，并不能通過一次的檢測或調試，達到一勞永逸的效果。作為鍋爐使用單位應該重視對鍋爐的定期維護和保養(yǎng)，學會判斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象。在此，建議可以從以下四種方法進行：

1）用儀器。使用煙氣分析儀在煙道尾部排煙處做煙氣成分檢測，是判斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象最快速、準確、直觀的科學方法。這也是鍋爐檢測人員或調試人員經(jīng)常運用的手段。

2）聞氣味。對于存在不完全燃燒的鍋爐，在鍋爐周圍尤其是靠近燃燒器位置，會有較為明顯的氣體泄露的臭味。這種臭味往往來自燃燒過剩的天然氣和因不完全燃燒產(chǎn)生的CO等混合氣的味道。

3）觀火焰。從觀火鏡看，燃氣鍋爐完全燃燒時的火焰應該是藍紫色的；而不完全燃燒則是黃色火焰，一般表現(xiàn)為火焰長而弱，內焰模糊，嚴重時甚至出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象[7]。

4）看儀表。由前文可知，一般額定蒸發(fā)量為1t/h的蒸汽鍋爐，額定負荷下運行大約需要輸入80m3/h（標況）的天然氣。結合配套燃氣表上瞬時耗氣量的大小，也能輔助判斷進氣量是否存在過大，從而推斷鍋爐是否存在不完全燃燒現(xiàn)象。

總的來說，在沒有檢測儀器的情況下，可以把2）3）4）的方法結合起來判斷，以便及時發(fā)現(xiàn)鍋爐是否存在燃燒不完全的情況，從而將不完全燃燒現(xiàn)象消滅在起始階段。

5 結語

文中以一臺燃氣蒸汽鍋爐不完全燃燒的案例入手，以點帶面地分析了燃氣鍋爐不完全燃燒現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及可能引起的危害，希望廣大鍋爐使用單位能對不完全燃燒現(xiàn)象引起足夠的重視。通過不完全燃燒現(xiàn)象判斷方法的介紹，幫助鍋爐操作人員學會判斷鍋爐燃燒是否存在異常，以便及時發(fā)現(xiàn)不完全燃燒情況。總而言之，隨著燃氣鍋爐的日益增多，不完全燃燒問題必將成為燃氣鍋爐最受關注的環(huán)節(jié)之一，值得更多人員去研究。毫無疑問，只有解決好不完全燃燒現(xiàn)象，燃氣鍋爐才能真正地發(fā)揮既節(jié)能又環(huán)保的獨特優(yōu)勢。

參考文獻

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收稿日期：2022-03-31

作者簡介：劉明舜，男，福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院，檢測師，高級工程師，碩士