謝吉嘉

（四川大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都610207）

鍋爐是耗用大量燃料的動(dòng)力設(shè)備。鍋爐工作的安全性和經(jīng)濟(jì)性與燃料的性質(zhì)有密切的關(guān)系，不同類型的燃料采用不同的燃燒方式和燃燒設(shè)備。

在我國(guó)煉油和化工企業(yè)中鍋爐的主要燃料仍為重油，每年要燃用大量的重油。隨著煉油工業(yè)的發(fā)展，石油的深加工得到了很大的發(fā)展，重油的二次加工已成為煉廠一個(gè)重要的效益增長(zhǎng)點(diǎn)；其次，低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)石化企業(yè)節(jié)能環(huán)保提出更高要求，因而，節(jié)約重油的使用量是石油企業(yè)的首要任務(wù)，尤其是提高鍋爐燃燒率，降低重油使用量更顯得更為重要。

1 老式中壓蒸汽鍋爐調(diào)風(fēng)器的結(jié)構(gòu)

我國(guó)部分老煉油廠的中壓蒸汽鍋爐，原有調(diào)風(fēng)器為旋流式。調(diào)風(fēng)器常用的結(jié)構(gòu)型式主要有自吸引風(fēng)式調(diào)風(fēng)器、旋流調(diào)風(fēng)器、平流調(diào)風(fēng)器三種。自吸引風(fēng)式調(diào)風(fēng)器主要同小容量的氣流霧化油燒咀配套使用；對(duì)于機(jī)械霧化油燒咀，經(jīng)常采用旋流調(diào)風(fēng)器，使用這種調(diào)風(fēng)器能加強(qiáng)根部送風(fēng)，并使火焰變得粗短明亮起來(lái)；大容量鍋爐目前經(jīng)常使用平流調(diào)風(fēng)器，這種調(diào)風(fēng)器阻力小，又因?yàn)槠搅髡{(diào)風(fēng)器的一次風(fēng)，通過(guò)穩(wěn)焰器為旋轉(zhuǎn)風(fēng)，這股旋轉(zhuǎn)風(fēng)能加強(qiáng)根部送風(fēng)。

2 中壓蒸汽鍋爐重油燃燒特點(diǎn)

中壓蒸汽鍋爐的燃燒總是先通過(guò)霧化成細(xì)小的油滴后再燃燒，油滴的燃燒共分三個(gè)階段——加熱蒸發(fā)階段、擴(kuò)散混合階段、著火燃燒階段。由于油的沸點(diǎn)總是低于油的燃點(diǎn)，因此，油滴總是先蒸發(fā)成氣體并以氣態(tài)的形式進(jìn)行燃燒。油滴在爐膛中受熱后，首先是表面開(kāi)始蒸發(fā)，接著是油蒸汽和周圍空氣進(jìn)行相互擴(kuò)散混合，當(dāng)油蒸汽和空氣的混合物達(dá)到著火溫度后燃燒既開(kāi)始。在燃燒中，油滴的內(nèi)部繼續(xù)被加熱蒸發(fā)，同時(shí)也進(jìn)行著油蒸汽和空氣的擴(kuò)散和混合，新的油蒸汽和空氣的混合物取代了已經(jīng)散逸的燃燒產(chǎn)物，從而使燃燒得以繼續(xù)，直到油滴完全燃盡為止。

油滴燃燒存在著油滴、油蒸汽區(qū)、燃燒區(qū)和外層空氣區(qū)四個(gè)區(qū)域，在油滴表面，油蒸汽濃度最大，隨著油蒸汽向周圍的擴(kuò)散，其濃度不斷降低。而當(dāng)進(jìn)入燃燒區(qū)域后，則因油蒸汽的燃燒而使其濃度降為零。與此相反，空氣中的氧氣是從周圍向油滴擴(kuò)散的，在燃燒區(qū)域中，由于油蒸汽的燃燒而具有最高溫度，隨著熱量向外的傳播離開(kāi)燃燒區(qū)域后其溫度不斷降低。油滴的燃燒首先是低分子的成分先蒸發(fā)燃燒，促使周圍溫度更快地升高，為高分子油份的蒸發(fā)和著火燃燒創(chuàng)造了條件，最后是焦核的燃燒，由于油中所含的灰份極少，燃盡條件頗為優(yōu)越，燃燒過(guò)程主要是氣相反應(yīng)。由此可見(jiàn)，油燃燒的化學(xué)反應(yīng)是極為迅速的。

3 老式蒸汽鍋爐油氣不完全燃燒的成因分析

霧化的油滴蒸發(fā)成油氣在溫度高于650℃缺氧的情況下會(huì)發(fā)生碳氧化合物裂解而產(chǎn)生很難燃盡的碳黑粒子是造成不完全燃燒熱損失的主要原因。

在上文我們介紹了老式中壓蒸汽鍋爐調(diào)風(fēng)器的三種結(jié)構(gòu)形式均為根部送風(fēng)。適量的一次風(fēng)送入油霧根部，使油霧一離開(kāi)噴嘴就和一次風(fēng)混合，然后被回流的高溫?zé)煔饧訜岫鹑紵?。根部送風(fēng)能將一部分空氣和油霧預(yù)先混合，使油氣被氧化不發(fā)生裂解。燃料油的燃燒是擴(kuò)散燃燒，強(qiáng)化混合是提高熱效率的關(guān)鍵，除根部風(fēng)在著火前已和油霧混合以外，其余的二次風(fēng)也應(yīng)在燃燒器出口以后就盡快和油霧混合，這就要求風(fēng)量和噴油量相適應(yīng)，氣流的擴(kuò)散角和燃料油霧化角相配合。只要?dú)饬鲾U(kuò)散角小于燃料油霧化角，二次風(fēng)就能直接切入油霧。另外一、二次風(fēng)氣流要有一定的風(fēng)速、擴(kuò)散角和射程來(lái)達(dá)到強(qiáng)烈的初期擾動(dòng)，加強(qiáng)油霧和空氣的混合，只有這樣才能提高燃燒效率。

4 提高燃燒效率的主要途徑

4.1 設(shè)置穩(wěn)燃器

在平流式調(diào)風(fēng)器的中心設(shè)置了一個(gè)穩(wěn)燃器，適當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)，使回流區(qū)大小適中，位置得當(dāng)，有效地穩(wěn)定燃燒，同時(shí)使中心氣流旋轉(zhuǎn)，加強(qiáng)了空氣和油霧的早期混合。

4.2 瓦斯噴嘴的改進(jìn)

瓦斯噴嘴的改進(jìn)既要滿足平流調(diào)風(fēng)器的特點(diǎn)，又要使瓦斯氣更均勻地與空氣混合，將原有的設(shè)置在風(fēng)進(jìn)口中心的瓦斯噴頭改為預(yù)埋在燃燒碹口內(nèi)的環(huán)形噴嘴。由于是預(yù)埋在燃燒碹口內(nèi)，直徑的增加，使燃燒火焰分布更均勻，燃燒更完全、更合理。

4.3 點(diǎn)火槍結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

由于調(diào)風(fēng)器中心設(shè)置了穩(wěn)燃器，原有斜插式點(diǎn)火槍就無(wú)法直接伸到燃燒區(qū)域，所以點(diǎn)火槍的位置由斜插式改為正面直插式，在點(diǎn)火槍旁邊設(shè)置一個(gè)更小的瓦斯噴嘴，點(diǎn)火時(shí)利用一次風(fēng)的影響和小瓦斯噴嘴噴出的火焰長(zhǎng)度透過(guò)穩(wěn)燃器達(dá)到燃燒區(qū)域點(diǎn)火。

4.4 油槍套筒的改進(jìn)

原油槍套筒為大瓦斯噴頭，改造為套筒頭部為穩(wěn)燃器，尾部為一個(gè)方箱，設(shè)有一個(gè)45°的蓋板，在此火嘴未燃燒時(shí)可以擋住爐膛火和風(fēng)的反串；在火嘴點(diǎn)燃后，由油槍擋住火和風(fēng)的反串，而此蓋板可以靠重力卡住油槍的定位環(huán)，使油槍不會(huì)因壓力的影響而震動(dòng)。

4.5 風(fēng)檔板的改進(jìn)

原有的檔板在風(fēng)道的入口為水平布置，由于水平檔板受重力的影響，經(jīng)常出現(xiàn)自動(dòng)脫落而關(guān)閉的現(xiàn)象，使燃燒的火嘴突然出現(xiàn)供氧不足，嚴(yán)重影響運(yùn)行。改造為設(shè)置為圓筒形重疊外固定、內(nèi)移動(dòng)式，外部固定的鋼板即外風(fēng)門(mén)，每塊和每塊之間間距為40mm設(shè)置為圓筒形；內(nèi)部形式和外部一樣，只是直徑略小，直接插入即內(nèi)風(fēng)門(mén)，在調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)風(fēng)門(mén)，當(dāng)內(nèi)外風(fēng)門(mén)的40mm間距重疊時(shí)為進(jìn)風(fēng)量最大。這樣就解決了原有檔板脫落造成的燃燒缺氧的問(wèn)題，而且避免了突發(fā)事件的產(chǎn)生，提高了運(yùn)行可靠度。