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使燃氣和空氣分別或混合后進入燃燒區而實現穩定燃燒的裝置。燃氣燃燒器是民用燃氣用具和燃氣工業爐的基本組成部分。燃氣燃燒器種類繁多。按一次空氣系數(預先和燃氣混合的助燃空氣量與燃氣完全燃燒所需的理論空氣量之比)分類,有擴散式、大氣式和無焰式燃燒器;按空氣供給方式分類,有引射式和鼓風式燃燒器;按用氣壓力分類有低壓(5千帕以下)、中壓(5~300千帕)和高壓燃燒器。
擴散式燃燒器:依靠燃氣從火孔逸出后的擴散作用,實現燃氣和空氣的混合并穩定燃燒的燃燒器。燃氣逸出火孔前不同空氣預先混合,一次空氣系數為0。擴散式燃燒器結構簡單、使用方便、火焰穩定。但其燃燒速度較慢、火焰較長,為達到完全燃燒需要較多的過剩空氣,因此燃燒溫度較低。擴散式燃燒器適用于溫度不高但要求溫度比較均勻的工業爐和民用燃具。小型擴散式燃燒器也常用作點火器。
大氣式燃燒器:預先混合部分空氣的燃燒器。一次空氣系數通常取0.4~0.7。燃氣以一定壓力自噴嘴噴出進入混合管(即引射器),借高速噴射形成的負壓將周圍一部分空氣吸入,在混合管中混合后從燃燒器頭部火孔逸出而燃燒。大氣式燃燒器燃燒比較完全,使用方便,但負荷較大時結構較龐大笨重。多孔大氣式燃燒器(圖1)廣泛用于民用燃具。
鼓風式燃燒器:由鼓風機供給燃燒所需全部空氣的燃燒器。一次空氣系數為 0。燃燒熱強度和火焰長度取決于燃氣和空氣的混合情況。為了強化燃燒,采取各種措施使燃氣和空氣混合均勻,因此鼓風式燃燒器又有套管式、旋流葉片式、蝸殼式和平流式等多種型式。與相同熱負荷的引射式燃燒器相比,鼓風式燃燒器結構較緊湊;當燃氣和空氣混合得較好時,火焰較短;熱負荷調節范圍較大;空氣具有一定壓力,提供了預熱空氣的可能性。但這種燃燒器需配有鼓風機,燃燒器本身也不能自動調節燃氣和空氣的混合比例。鼓風式燃燒器主要用于各種工業爐和大型鍋爐。
無焰燃燒器:燃氣和燃燒所需的全部空氣預先混合,燃燒過程火焰很短甚至完全看不見火焰的燃燒器。一般采用引射器吸入空氣,與燃氣充分預混,在高溫火道中瞬間完成燃燒。火道熱強度很高,燃燒溫度也較高。無焰燃燒器在工業加熱和烘干工藝中應用很廣泛。
電廠鍋爐是發電廠三大主要設備中重要的能量轉換設備。它的作用是將燃料的化學能轉變為熱能,并利用熱能加熱鍋內的水使之成為具有足夠數量和一定質量(汽溫、汽壓)的過熱蒸汽,供汽輪機使用。現在火力發電廠的鍋爐容量大、參數高、技術復雜、機械化和自動化水平高,所以燃料主要是煤,并且煤在燃燒之前先制成煤粉,然后送入鍋爐在爐膛中燃燒放熱。概括地說,鍋爐是主要工作過程就燃料的燃燒、熱量的傳遞、水的加熱與汽化和蒸汽的過熱等。
燃燒器均采用帶分、積分計算或更為復雜運算調節儀器(例如:比例調節儀、PLC、大型計算機控制等),通過對鍋爐的出水溫度、蒸汽壓力、蒸汽流量、煙氣中的氧含量、鍋爐給水系統等因素的檢測,同步連續動態調節燃料量和配風風量。一句話,燃燒工況只有隨著鍋爐工況、煙氣排放的變化而進行同步連續調節,才能達到、環保的效果。
整個鍋爐由鍋爐本體和輔助設備兩部分組成。鍋爐本體是鍋爐設備的主要部分,是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。“鍋”是汽水系統,它主要任務是吸引收燃料放出的熱量,使水加熱、蒸發并后變成具有一定參數的過熱蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、聯箱、水冷壁、過熱器和再熱器等設備及其連接管道和閥門組成。輔助設備包括通風設備(送、引風機)、燃料運輸設備、制粉系統、除灰渣及除塵設備、脫硫設備等。
歐盟燃燒器標準規定燃燒器必須具備:風壓檢測、火焰檢測、熄火保護、燃氣高壓力保護、燃氣低壓力保護、漏氣保護、排煙溫度保護等,還要求燃燒器與鍋爐超壓、超溫、水位、連續給水、排煙溫度等進行聯鎖保護,鍋爐的任何故障,燃燒器都必須同時停止運行。
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重油不完全燃燒,在煙氣中形成炭黑因為高分子烴的燃盡相對要難一些,如果空氣供應不足或油粒與空氣混合不均勻,那就會有一部分高分子烴在高溫缺氧的條件下發生裂解,分解出炭黑,炭黑是粒徑小于1μm的固體粒子,它的化學性質不活潑,燃燒緩慢,所以一旦產生炭黑往往就不易燃盡,嚴重時未燃的炭黑就會進入煙氣中,而使煙囪冒黑煙。
重油中的瀝青成分也會由于缺氧分解成固體油焦。油焦破裂后即成焦粒,后者也是不易燃燒的,由此可見,重油燃燒中的一個重要問題是必須及時供應燃燒所需的空氣。
重油燃燒不完全,產生的飛灰、炭黑、焦粒還有類似焦油物質就會混合附著在水冷壁或對流管束上,久而久之形成一層隔熱層,大大地降低了鍋爐的熱效率,每年要對鍋爐進行清洗,增加了運行費用并且造成鍋爐不均勻受熱,縮短了鍋爐壽命。
手操式燃燒系統配風是一次風且不能自動調節,如此會造成火焰根部高溫區,并強烈的熱輻射,使油噴嘴溫度升高,重油高溫受熱會有碳析出,從而堵塞噴嘴,加大噴嘴磨損,加速噴槍損壞,造成維修費用的增加,對連續生產企業生產能力的提高是很大的障礙。
分別對不同區域及時供應適量的空氣,以避免高溫缺氧而產生炭黑并能在少的過量空氣下保證油的完全燃燒。燃油的燃燒的上述要求是通過燃燒器來達到的。燃油燃燒器主要由油霧化器和調風器所組成。燃油通過霧化器霧化成細油粒,以一定的霧化角噴入爐內,并與經過調風器送入的具有一定形狀的速度分布的空氣流相混合。油霧化器與調風器的配合應能使燃燒所需的大部分空氣及時地從火炬根部供入,并使火炬各處的配風量與油霧的流量密度分布相適應。同時也要向火炬尾部供應一定量的空氣,以保證炭黑和焦粒的燃盡。
燃油經霧化后的油霧以及燃氣均為可燃氣體,當與空氣混合達到一定含量范圍,均能形成易燃易爆性混合氣體。因此對燃油燃氣鍋爐的及防爆提出了特殊要求。
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