何涇渭黎亞洲徐洪濤韋中懸

(1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120)

(2.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029)

(3.上海理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院 上海 200093)

工業(yè)鍋爐用燃燒器標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及安全運(yùn)行要素

何涇渭1黎亞洲2徐洪濤3韋中懸1

(1.廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院 東莞 523120)

(2.中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029)

(3.上海理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院 上海 200093)

本文介紹了工業(yè)鍋爐燃燒器的分類情況，分析了國內(nèi)外燃燒器標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，指出了目前我國燃燒器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不足的問題，重點(diǎn)介紹了《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術(shù)規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)意見征求稿內(nèi)容，詳細(xì)給出了有關(guān)燃燒器安全運(yùn)行相關(guān)要素。該標(biāo)準(zhǔn)的頒布施行對于實現(xiàn)我國工業(yè)燃燒器的安全運(yùn)行和促進(jìn)燃燒器行業(yè)發(fā)展有重要的意義。

工業(yè)鍋爐 燃燒器 安全運(yùn)行要素 國家標(biāo)準(zhǔn)

隨著社會的不斷發(fā)展進(jìn)步和我國整體工業(yè)化水平的不斷提高,燃燒器作為一種高效地將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備已經(jīng)廣泛運(yùn)用于人們生產(chǎn)生活中的方方面面。近年來,由于燃燒器違規(guī)操作而在點(diǎn)火啟動和運(yùn)行中發(fā)生爆燃和爆炸的事故越來越多。以最近的事故為例,2017年1月12日上午,湖北省枝江市某企業(yè)一臺臥式內(nèi)燃鍋爐在調(diào)試點(diǎn)火時發(fā)生爐膛燃爆事故,造成2人死亡,7人受傷,國家質(zhì)檢總局辦公廳為此專門發(fā)布了《關(guān)于燃?xì)忮仩t風(fēng)險警示的通告》。燃?xì)忮仩t事故的頻頻發(fā)生不僅造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,更嚴(yán)重的是人們的生命安全也受到了威脅。現(xiàn)在,如何保證燃燒器安全生產(chǎn)運(yùn)行已經(jīng)受到人們的廣泛重視。

燃燒器是使燃料和空氣以一定方式噴出混合(或混合噴出)燃燒的裝置統(tǒng)稱。燃燒器按類型和應(yīng)用領(lǐng)域分工業(yè)燃燒器、燃燒機(jī)、民用燃燒器和特種燃燒器等幾種[1]。其中,工業(yè)燃燒器在工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用廣泛,涉及各種工業(yè)生產(chǎn)與民用領(lǐng)域,如電力企業(yè)、鋼鐵企業(yè)、水泥企業(yè)、玻璃企業(yè)和建材行業(yè)等。工業(yè)燃燒器分類方式多樣,按照使用對象分為窯爐燃燒器、鍋爐燃燒器和加熱爐用燃燒器等,按照燃料方式工業(yè)燃燒器可分為液體燃料燃燒器、氣體燃料燃燒器以及煤粉燃燒器三種。其中,液體燃料燃燒器又可以細(xì)分為輕油、重油和醇基等燃料燃燒器;氣體燃料燃燒器又可分為液化石油氣、天然氣和城市煤氣燃燒器。煤粉燃燒器是以煤粉為燃料,又可分為旋流式和直流式煤粉燃燒器。按照結(jié)構(gòu)分類,工業(yè)燃燒器又可分為整體式燃燒器和分體式燃燒器。目前,工業(yè)燃燒器種類很多,可以滿足人們生產(chǎn)和生活中各種不同的需求,平常所說的燃燒器主要指的是鍋爐用燃燒器[2]。

進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,改革開放日益深入,整個社會面臨的環(huán)境污染問題越來越突出,這迫使人們在重視傳統(tǒng)的“金山銀山”的同時也開始關(guān)注于影響人們生活質(zhì)量的“綠水青山”,國家對環(huán)境保護(hù)也越來越重視,各種環(huán)保政策與舉措力度不斷加大。基于此,我國對整個社會能源消耗結(jié)構(gòu)做出了相應(yīng)調(diào)整,以工業(yè)燃燒器為例,其所使用的燃料結(jié)構(gòu)開始呈現(xiàn)多元化趨勢,傳統(tǒng)的燃煤燃燒器市場日益萎縮,液體燃料和氣體燃料燃燒器開始異軍突起。

近幾年隨著科技的發(fā)展,在工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中也出現(xiàn)了一些新型燃燒器,如表面燃燒器、醇基燃料燃燒器和生物質(zhì)氣體燃燒器等。其中表面燃燒技術(shù)是近10年發(fā)展起來的具有高效節(jié)能、低污染的新型燃燒技術(shù),技術(shù)的核心是多孔材料燃燒器。燃?xì)庠诙嗫撞牧蟽?nèi)部和表面進(jìn)行燃燒,主要以輻射換熱為主[3]。醇基燃料燃燒器是以醇類(如甲醇、乙醇、丁醇等為主體配置的)物質(zhì)作為燃料的燃燒器,生物質(zhì)氣體燃燒器是以生物質(zhì)冷態(tài)熱解氣或生物質(zhì)熱態(tài)熱解氣為燃料的燃燒器,醇基燃料和生物質(zhì)氣體燃料都為可再生能源,從而減少環(huán)境的污染和化石能源的消耗。

1 燃燒器國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前,歐美等發(fā)達(dá)國家對應(yīng)用燃?xì)夂腿加偷娜紵夹g(shù),包括對工業(yè)燃燒器的研究歷史悠久,而且已研發(fā)出了專門的工業(yè)燃燒器檢測裝置和方法,建立了多方面多層次的判定準(zhǔn)則以及許多針對不同工業(yè)燃燒器類型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如針對全自動鼓風(fēng)燃?xì)馊紵鞯淖钚職W洲標(biāo)準(zhǔn)EN 676—2016 Automatic Forced Draught Burners for Gaseous Fuels[4]和強(qiáng)制鼓風(fēng)燃油燃燒器的最新歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 267—2016 Automatic Forced Draught Burners For Liquid Fuels[5]。同時,隨著污染物排放要求日益嚴(yán)格和先進(jìn)燃燒技術(shù)與自動控制技術(shù)的發(fā)展,這些歐美國家如德國、美國等也在不斷地調(diào)整并更新與工業(yè)燃燒器有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

隨著中國社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展,燃燒器行業(yè)的發(fā)展越來越快,燃燒器種類和適用范圍不斷增加。GB/T 19839—2005《工業(yè)燃油燃?xì)馊紵魍ㄓ眉夹g(shù)規(guī)范》[6]和TSG ZB001—2008《燃油(氣)燃燒器安全技術(shù)規(guī)則》[7]作為保障燃燒器安全運(yùn)行,避免和減少燃燒器設(shè)備事故的重要的技術(shù)規(guī)則已經(jīng)實施多年,技術(shù)規(guī)范里面對于燃燒器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計、安全與控制裝置、安裝與系統(tǒng)、運(yùn)行與維護(hù)、技術(shù)和銘牌做出了規(guī)定。隨著時間的推移,該技術(shù)規(guī)范和規(guī)則已不能完全適應(yīng)現(xiàn)階段我國燃燒器的整體情況,需要一整套新的關(guān)于燃燒器的國家標(biāo)準(zhǔn)來對燃燒器整個行業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)范。

基于上述原因,2015年12月,國家標(biāo)準(zhǔn)委以國標(biāo)委綜合【2015】73號《國家標(biāo)準(zhǔn)委關(guān)于下達(dá)2015年第三批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃的通知》下達(dá)了標(biāo)準(zhǔn)起草任務(wù),項目編號為20154018-T-469。中國特種設(shè)備檢測研究院組織有關(guān)專家成立了起草組,討論了《鍋爐用液體和氣體燃料燃燒器技術(shù)條件》的編制原則、編制重點(diǎn)內(nèi)容及主要問題、結(jié)構(gòu)(章節(jié))框架,并且就起草工作進(jìn)行了具體分工,制定了起草工作時間表。2016年4月在上海、2016年7月在大慶、2016年12月在無錫對標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容進(jìn)行討論,于2017年2月完成了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿初稿,并提交全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會鍋爐分技術(shù)委員會秘書處。

新的燃燒器國家標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術(shù)條件》(征求意見稿)(以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”)與原GB/T 19839—2005和TSG ZB001—2008相比,其內(nèi)容更加完善和全面,不但對鍋爐用燃燒器安全運(yùn)行條件進(jìn)行了規(guī)范,同時規(guī)定了鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器的分類與型號、組成與基本配置、基本要求、性能要求、設(shè)計與制造、檢驗與試驗、安裝與調(diào)試及使用與改造維護(hù)等方面的技術(shù)要求?！皹?biāo)準(zhǔn)征求意見稿”借鑒了歐美燃油和燃?xì)馊紵鞯膰H標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合我國燃燒器行業(yè)現(xiàn)狀,制訂了覆蓋范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)的技術(shù)規(guī)范要求,與國際先進(jìn)水平保持同步。該標(biāo)準(zhǔn)適用于固定式鍋爐用以液體/氣體為燃料的自動強(qiáng)制鼓風(fēng)燃燒器和自動自然通風(fēng)燃燒器。各類工業(yè)窯爐、工業(yè)加熱爐及其他用途燃燒器可參照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”對燃燒器進(jìn)行了更為細(xì)致的分類,并對燃燒器產(chǎn)品型號進(jìn)行了科學(xué)規(guī)定。同時,對燃燒器型式試驗機(jī)構(gòu)、型式試驗人員、改造及檢測、調(diào)試人員和制造單位及人員進(jìn)行了規(guī)范。該技術(shù)規(guī)范涵蓋了特殊燃燒器的設(shè)計、安裝和使用要求,包括醇基燃料、生物質(zhì)油、低熱值氣、可燃工業(yè)尾氣等非常規(guī)的液體和氣體燃料燃燒器。進(jìn)一步細(xì)化了燃燒器的安全啟動步驟,增加了燃燒器停機(jī)后進(jìn)行后吹掃的要求。另外,給出了燃燒器在出現(xiàn)故障時的處理辦法;給出了燃燒器配套電氣安全條件;給出了燃燒產(chǎn)物原始排放濃度參照表,對燃燒器在運(yùn)行時產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行了規(guī)定。最后,對燃燒器在設(shè)計、部件連接密封、空氣流量裝置、燃?xì)鈮毫ΡＷo(hù)裝置、切斷閥、點(diǎn)火裝置、空氣/燃料比例調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)行了規(guī)定。

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”對燃燒器生產(chǎn)制造、安全運(yùn)行和調(diào)試安裝等進(jìn)行了規(guī)范,符合現(xiàn)階段我國燃燒器整體發(fā)展?fàn)顩r。

2 燃燒器安全運(yùn)行要素

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”中,對燃燒器安全運(yùn)行要素重新進(jìn)行了明確的規(guī)定。與燃燒器安全運(yùn)行要素有關(guān)的包括前吹掃、后吹掃、啟動熱功率、安全時間和停機(jī)等。以下針對上述要素分別介紹。

2.1 前后吹掃時間

燃燒器在點(diǎn)火之前,應(yīng)先檢查點(diǎn)火的條件是否滿足。首先,觀察燃料管道外觀是否有破損,檢查管道線路相關(guān)的閥門是否處于正常的狀態(tài),管路及接頭法蘭等有無松動或泄露現(xiàn)象,觀察燃料壓力是否正常,并用測漏儀檢測氣體燃料是否有泄漏[8]。然后,檢查燃燒器外觀是否完好無損,是否與爐膛之間安裝牢固并調(diào)整完畢,手動啟動鼓風(fēng)機(jī)查看風(fēng)機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是否正確。燃燒器外部的電路聯(lián)接應(yīng)符合電器安裝要求,燃燒器控制柜電源送電后,確認(rèn)程序控器等部件接插牢固無松動[9]。對燃燒器進(jìn)行冷態(tài)程序模擬,觀察運(yùn)行中程序控制器走位是否正確,各部件動作時序是否正確。

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”中規(guī)定燃燒器點(diǎn)火裝置通電前必須對燃燒室和煙道內(nèi)部進(jìn)行前吹掃,液體燃料燃燒器的前吹掃時間和前吹掃風(fēng)量應(yīng)符合以下要求:1)前吹掃風(fēng)量應(yīng)為額定輸出熱功率下的所需風(fēng)量,并進(jìn)行額定輸出熱功率下風(fēng)門位置驗證;2)前吹掃時間與前吹掃風(fēng)量還應(yīng)滿足 TSG G0001《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的有關(guān)要求;3)液體燃料燃燒器的前吹掃時間和前吹掃風(fēng)量應(yīng)符合表1中的要求;4)對于氣體燃料燃燒器的前吹掃時間和風(fēng)量應(yīng)符合表2中的要求; 5)雙燃料燃燒器前吹掃時間和吹掃風(fēng)量應(yīng)按照氣體燃料燃燒器的要求。

表1 液體燃料燃燒器前吹掃時間和前吹掃風(fēng)量

表2 氣體燃料燃燒器前吹掃時間和吹掃風(fēng)量

鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下,溫度、壓力等調(diào)節(jié)裝置發(fā)出停機(jī)信號時,燃燒器應(yīng)受控停機(jī),燃燒器受控停機(jī)后,應(yīng)立即進(jìn)行吹掃,吹掃時間應(yīng)符合表3的要求。

表3 燃燒器后吹掃時間

2.2 啟動熱功率和安全時間

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”中規(guī)定,液體燃料點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火應(yīng)符合以下要求:1)點(diǎn)火燃燒器電火花點(diǎn)火后,若點(diǎn)火燃燒器與主燃燒器開啟的時間間隔超過5s,應(yīng)對點(diǎn)火火焰進(jìn)行監(jiān)控;2)在火焰未點(diǎn)燃且在安全時間內(nèi)切斷燃料供應(yīng)的情況下,點(diǎn)火燃料最多允許供應(yīng)10s(5s為預(yù)點(diǎn)火時間,5s為安全時間),無須在預(yù)點(diǎn)火時間(5s)內(nèi)單獨(dú)監(jiān)控點(diǎn)火火焰。氣體燃料點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火應(yīng)符合以下要求:1)除閥門檢漏以外,在電火花點(diǎn)火裝置或其他點(diǎn)火裝置通電前點(diǎn)火燃?xì)忾y不應(yīng)通電;2)對于輸出熱功率大于或等于120kW的燃燒器,點(diǎn)火燃?xì)鈴膬蓚€主燃?xì)獍踩袛嚅y之間引出,在啟動前,下游主燃?xì)獍踩袛嚅y不應(yīng)通電;3)如果點(diǎn)火燃?xì)馐怯上掠沃魅細(xì)獍踩袛嚅y的位置控制的,應(yīng)安裝調(diào)壓裝置使點(diǎn)火燃?xì)饬窟_(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)要求,且使燃?xì)鈮毫Υ笥谙到y(tǒng)阻力。

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”中,對液體燃料燃燒器在不同額定輸出功率下的點(diǎn)火安全時間和最大允許啟動熱功率的要求見表4,氣體燃料燃燒器在不同額定輸出功率下的點(diǎn)火安全時間和最大允許啟動熱功率的要求見表5。

表4 液體燃料燃燒器啟動熱功率和安全時間

表5 氣體燃料燃燒器啟動熱功率和安全時間

2.3 停機(jī)

“標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿”中規(guī)定,在啟動或運(yùn)行過程中,出現(xiàn)以下任何一種情況時燃燒器應(yīng)安全停機(jī):1)電源、動力氣源中斷或異常;2)燃?xì)鈮毫Φ陀谠O(shè)定值; 3)液體燃料燃燒器出現(xiàn)霧化介質(zhì)故障、燃料壓力低、燃料溫度低、帶有回流式噴嘴的燃燒器回流壓力高、采用旋轉(zhuǎn)霧化器時轉(zhuǎn)杯速度低等。

當(dāng)燃燒器在前吹掃期間出現(xiàn)故障時,應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù)。對于輸出熱功率小于或等于120kW的燃燒器,允許安全停機(jī)后進(jìn)行1次重啟,如果重啟失敗應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)燃燒器點(diǎn)火期間出現(xiàn)火焰故障時,燃燒器點(diǎn)火期間發(fā)生火焰故障應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù),強(qiáng)制鼓風(fēng)燃燒器可按照完整啟動程序重啟,最多允許重啟2次,如果2次重啟均失敗,應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)燃燒器在運(yùn)行期間出現(xiàn)火焰故障,應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù)。對于輸出熱功率小于或等于400kW的液體燃料(醇基燃料除外)燃燒器,允許安全停機(jī)后按完整啟動程序進(jìn)行1次重啟,如果重啟失敗應(yīng)安全停機(jī)并聯(lián)鎖保護(hù)。

3 總結(jié)

本文重點(diǎn)介紹了《鍋爐用液體/氣體燃料燃燒器技術(shù)規(guī)范》新的國家標(biāo)準(zhǔn)出臺的背景和必要性,詳細(xì)介紹了與工業(yè)鍋爐用燃燒器相關(guān)的安全運(yùn)行要素。該標(biāo)準(zhǔn)有效地填補(bǔ)了現(xiàn)階段我國鍋爐用燃燒器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不足,同時對于燃燒器發(fā)展和創(chuàng)新起到一定的規(guī)范指導(dǎo)作用,對于實現(xiàn)燃燒器的安全運(yùn)行和促進(jìn)燃燒器行業(yè)發(fā)展有重要的意義。

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Standard Status Quo and Safety Operation Factors of Burners for Industrial Boilers

He Jingwei1Li Yazhou2Xu Hongtao3Wei Zhongxuan1
(1.Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Dongguan Branch Dongguan 523120)
(2. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(3. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology Shanghai 200093)

This paper introduces the classifcation of industrial boiler burners, analyzes the status of burner standard at home and abroad, and points out the problem of insuffcient standard of burners in China. The contents of the national standard of Specification for Liquid Fuels and Gaseous Fuels Burners of Boilers are introduced in detail, and the relevant factors related to the safe operations of the burner are presented. The implementation of this standard is signifcant for the safe operations of Chinese industrial burner and the promotion of the development of the burner industry.

Industrial boiler Burner Safety operation factor National standard

X933.4

B

1673-257X(2017)08-0005-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.002

何涇渭（1960～)，男，本科，高級工程師，從事壓力容器檢驗檢測與管理工作。

何涇渭，E-mail： hogingwei@126．com。

2017-04-10）