謝吉嘉

（四川大學 化學工程學院，四川 成都610207）

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

在我國煉油和化工企業(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重要的效益增長點；其次，低碳經(jīng)濟發(fā)展，對石化企業(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，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)風器的結(jié)構(gòu)

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

2 中壓蒸汽鍋爐重油燃燒特點

中壓蒸汽鍋爐的燃燒總是先通過霧化成細小的油滴后再燃燒，油滴的燃燒共分三個階段——加熱蒸發(fā)階段、擴散混合階段、著火燃燒階段。由于油的沸點總是低于油的燃點，因此，油滴總是先蒸發(fā)成氣體并以氣態(tài)的形式進行燃燒。油滴在爐膛中受熱后，首先是表面開始蒸發(fā)，接著是油蒸汽和周圍空氣進行相互擴散混合，當油蒸汽和空氣的混合物達到著火溫度后燃燒既開始。在燃燒中，油滴的內(nèi)部繼續(xù)被加熱蒸發(fā)，同時也進行著油蒸汽和空氣的擴散和混合，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散，其濃度不斷降低。而當進入燃燒區(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，燃燒過程主要是氣相反應。由此可見，油燃燒的化學反應是極為迅速的。

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)風器的三種結(jié)構(gòu)形式均為根部送風。適量的一次風送入油霧根部，使油霧一離開噴嘴就和一次風混合，然后被回流的高溫煙氣加熱而著火燃燒。根部送風能將一部分空氣和油霧預先混合，使油氣被氧化不發(fā)生裂解。燃料油的燃燒是擴散燃燒，強化混合是提高熱效率的關鍵，除根部風在著火前已和油霧混合以外，其余的二次風也應在燃燒器出口以后就盡快和油霧混合，這就要求風量和噴油量相適應，氣流的擴散角和燃料油霧化角相配合。只要氣流擴散角小于燃料油霧化角，二次風就能直接切入油霧。另外一、二次風氣流要有一定的風速、擴散角和射程來達到強烈的初期擾動，加強油霧和空氣的混合，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 設置穩(wěn)燃器

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

4.2 瓦斯噴嘴的改進

瓦斯噴嘴的改進既要滿足平流調(diào)風器的特點，又要使瓦斯氣更均勻地與空氣混合，將原有的設置在風進口中心的瓦斯噴頭改為預埋在燃燒碹口內(nèi)的環(huán)形噴嘴。由于是預埋在燃燒碹口內(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 點火槍結(jié)構(gòu)的改進

由于調(diào)風器中心設置了穩(wěn)燃器，原有斜插式點火槍就無法直接伸到燃燒區(qū)域，所以點火槍的位置由斜插式改為正面直插式，在點火槍旁邊設置一個更小的瓦斯噴嘴，點火時利用一次風的影響和小瓦斯噴嘴噴出的火焰長度透過穩(wěn)燃器達到燃燒區(qū)域點火。

4.4 油槍套筒的改進

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

4.5 風檔板的改進

原有的檔板在風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)自動脫落而關閉的現(xiàn)象，使燃燒的火嘴突然出現(xiàn)供氧不足，嚴重影響運行。改造為設置為圓筒形重疊外固定、內(nèi)移動式，外部固定的鋼板即外風門，每塊和每塊之間間距為40mm設置為圓筒形；內(nèi)部形式和外部一樣，只是直徑略小，直接插入即內(nèi)風門，在調(diào)節(jié)風量時，由調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)動內(nèi)風門，當內(nèi)外風門的40mm間距重疊時為進風量最大。這樣就解決了原有檔板脫落造成的燃燒缺氧的問題，而且避免了突發(fā)事件的產(chǎn)生，提高了運行可靠度。