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混合氣體達到爆炸含量時,在密封容器內的爆炸壓力,按不同氣體可達到0.75~1.65Mpa。水管鍋爐的爐膛和煙氣通道的承壓能力一般只有幾百到幾千毫米水柱,火管鍋爐的爐膽承壓能力比較高,不至于在爐膛內氣體爆炸中損壞,但轉向煙室一般不考慮承受高壓。因此,混合氣體的爆炸會給鍋爐煙氣通道的圍護結構和受熱面結構造成很大的破壞。
國內外燃油燃氣鍋爐的爐膛和煙道內氣體爆炸事故屢有發生。輕則造成鍋爐燃爆熄火,重則使爐膛和煙道爆裂、引風機損壞、鍋爐房和煙囪受損,甚至造成人員傷亡事故。
分析和查明事故原因,都是因為在爐膛或煙道內有爆炸性混合氣體存在,并達到爆炸極限,被明火或鍋爐本身的高溫引燃而發生事故。
在所有事故中,以鍋爐點火過程中發生的事故多,約占燃油鍋爐爆炸事故的50%以上,約占燃氣鍋爐爆炸事故的70%以上。
鍋爐點火前,當因某種原因燃油燃氣漏入爐膛,如閥門不密封、誤操作、一次點火不成功等,而又未對爐膛煙道進行吹掃或吹掃時間不夠、風量不足時,則點火時會發生爆炸。
鍋爐運行中由于熄火引起爆炸的事故,燃油鍋爐比較多,因為燃油鍋爐熄火的可能性比較大。燃氣鍋爐的這類事故多發生在燃燒器前由于燃氣壓力或風壓波動太大引起脫火或回火的情況下。
對負壓運行的鍋爐,當鍋爐燃燒不良時,可燃氣體進入鍋爐后部煙道,與后部煙道漏入的空氣混合形成爆炸性氣體,在高溫作用下,可能引起二次燃燒或爆炸。
由上述可知,要防止爐膛或煙道爆炸,首先在爐內無明火情況下應防止燃料進入爐膛,其次是要保證良好燃燒。作為措施,在點火之前必須仔細吹掃爐膛和煙道,使其內可能積存的可燃性氣體及時排除。
從方面考慮,燃油燃氣鍋爐燃燒系統的自動化是必要的,包括點火預吹掃、點火程控、火焰檢測、熄火保護、燃燒自動調節等。而這一切正是比例調節燃燒系統的標準配置。
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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。
目前,燃燒系統有三種:全手操、全自動位式、全自動比例調節。
全手操:這種燃燒方式就是燃油或燃氣以固定的流量和空氣以固定的流量混合進行燃燒,主要分布在大慶、勝利、遼河、西部等各大油田,燃料主要以原油為主,部分為重油;這是一種只重燃燒效果不重運行費用和的燃燒方式,造成大量的能源浪費和事故;在市場經濟效益為主導的新形勢下,這樣的燃燒系統逐漸被精明的用戶所放棄,例如:石油大學(東營)勝華煉油廠40T蒸汽鍋爐,經過嚴密的論證,決定采用先進的燃燒系統-進口油氣混合燃燒器。
全自動位式:這種燃燒系統具備所有全自動、保護功能,只是燃料和空氣的調節是一段、兩段或三段式調節,適合于小型鍋爐或工業爐。
全自動比例調節:采用比例調節儀、PLC、DCS、BLM等實現燃料、空氣混合燃燒邏輯運算配比,真正到完全燃燒,限度地節約了能源,保護了環境。國內典型范例:北京雙榆樹熱力廠114MW鍋爐6臺、上海金山石化35T鍋爐、天津焦化三廠35T鍋爐、勝華煉油廠油氣混燒40T蒸汽鍋爐等。
善用能源、保護環境是二十一世紀可持續發展國策的重要議題,隨著科學發展意識與理念的進步,先進的燃燒系統正在被大力推廣應用。
鍋爐節能運行方式:在滿足技術要求的情況下,盡量低負荷連續運行。即節約了運行費用,又延長了鍋爐壽命。這種運行方式和優點,早已被北京眾多用戶和專家證實并推廣,僅此一項可節能8-15%,而只有比例調節燃燒系統才能實現這種運行模式。
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