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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。
在傳統的工業爐設計中,燃燒器的火焰速度大約為每秒幾米,當燃燒產物溫度在600 °C~800 °C時,爐內對流換熱與輻射換熱各占50%;在燃燒產物溫度為800 ℃以上時,以輻射換熱為主;在燃燒產物溫度達到1 400 ℃時,輻射換熱是對流換熱的10倍,所以大部分爐窯設計中,是以輻射換熱為基礎。但是在采用高速氣體燃燒器后,即使在高溫區,爐內被強化的對流換熱在綜合換熱中所占的比重大大提高,具體說明如下:
采用普通燃燒器時,火焰速度低,燃燒產物在被加熱物表面的流動為層流,層流的對流換熱系數為h1-Nu*λ/d。
式中 努謝爾特數Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr為普朗特數;Re為雷諾數;λ為氣體的導熱系數;d為流道當量直徑。
采用高速氣體燃燒器, 火焰噴射速度高(100 m/s~300 m/s),被加熱體表面流動以紊流為主,紊流附面層局部放熱系數為h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
設加熱爐內腔尺寸為6.45m×2.3m×2.9m,燃燒產物溫度為1 790 ℃,被加熱體溫度為900 ℃。
采用普通燃燒器,燃燒產物流速為5 m/s時,燃燒產物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速氣體燃燒器,燃燒產物流速為150 m/s時,燃燒產物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
國外曾就輻射加熱爐和高速對流加熱爐進行過比較試驗,在0 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的10倍。
1980年,國內引進高速氣體燃燒器在井式加熱爐上進行技術改造,原有的輻射加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫需要24 h,而采用了高速氣體燃燒器的加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速氣體燃燒器可以節省25%~30%。在油田,用高速氣體燃燒器改造成三合一加熱爐,加熱效率提高了1倍,而燃料消耗量節約了20%。
高速氣體燃燒器的燃燒產物高速沖進加熱爐內,攪動多倍的爐內氣體隨之摻混,可以大大提高爐內溫度均勻度。國外一家工廠用高速氣體燃燒器改造加熱爐后,爐內溫度均勻度可由±15 ℃提高到±2 ℃。國內井式加熱爐采用高速氣體燃燒器后,爐溫均勻度達到±7 ℃。
鍋爐未來的發展將進一步提高鍋爐和電站熱效率;降低鍋爐和電站的單位功率的設備造價;提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平;發展更多鍋爐品種以適應不同的燃料;提高鍋爐機組及其輔助設備的運行可靠性;減少對環境的污染。
鍋爐的燃燒方式有三種形式:層燃(火床燃燒)、室燃(懸浮燃燒)、沸騰燃燒。各種燃燒方式有其相應的燃燒設備。固定爐排、鏈條爐排、往復爐排、振動爐排等屬于層燃式,適用于燃燒固體燃料。煤粉鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等屬于室燃式,適用于粉狀固體燃料,液體燃料和氣體燃料。鼓泡流化床、循環流化床屬于沸騰燃燒方式,適用于燃燒顆粒狀固體燃料。拋煤機鏈條爐排,兼有層燃和室燃的燃燒方式,屬于混合燃燒方式。
固定爐排:一種古老、結構簡單的層燃燃燒的設備,分兩種單層爐排和雙層爐排A單層爐排用鑄鐵制造,有板狀和條狀B雙層爐排,內有上下兩層爐排,上爐排由水冷卻管組成的固定爐排,下爐排為普通鑄鐵的固定爐排。上爐排以上空間為風室,下爐排以下為灰坑,兩層爐排之間為燃燒室。
鏈條爐排:一種結構比較完善的燃燒設備。由于機械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有機械完成),制造工藝成熟,運行穩定可靠,人工撥火能使燃料燃燒的更充分,燃燒率也較高,適用于大、中、小型工業鍋爐。國產鏈條爐排按結構可分鏈帶式、橫梁式和鱗片式鏈條爐排。A鏈帶式鏈條爐排屬于輕型結構適用于額定蒸發量小于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。B橫梁式鏈條爐排是用剛性很強的橫梁作支架,爐排片嵌于支架橫梁的槽內,當主動軸上的鏈輪帶動鏈條轉動時橫梁及其上的整付爐排隨之移動。C鱗式鏈條爐排適用于額定蒸發量大于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。
往復爐排:一種利用爐排往復運動來實現給煤、除渣、撥火機械化的燃燒設備。往復爐排爐排按布置方式可分傾斜往復爐排和水平往復爐排A傾斜往復爐排為傾斜階梯型,爐排有相間布置的活動爐排片和固定爐排片組成。B水平往復爐排是有固定爐排片和活動爐排片交錯組成,爐排片相互搭接。
振動爐排:一種由偏心塊激振器、橫梁、爐排片、拉桿、彈簧板、后密封裝置、激振器電機、地腳螺釘、減震橡皮墊、下框架、前密封裝置。測梁、固定支點等部件組成。具有結構簡單,制造容易,重量輕、金屬耗量少、設備投資省、燃燒條件好、爐排面積負荷高、煤種適應能力強優點在工業鍋爐應用過。
拋煤機: 按拋煤方式,拋煤機可分為風力拋煤機,機械拋煤機和機械-風力拋煤機三種。機械拋煤機兼有機械拋煤機和風力拋煤機的功能,它有兩個主要部件構成:給煤部件和拋煤部件。
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