加入千万化工人行列
您需要 登录 才可以下载或查看，没有账号？注册
x
燃烧器是将燃料和空气按理想的流速、湍流状态和空/燃比引入加热炉点燃并稳定燃烧的设备｡燃烧器一般由燃料喷嘴、调风器和燃烧道三大部分组成｡现代燃烧器从环保和安全角度出发，还增设了隔声元件，点火和运行安全保护系统等｡ 1、常用燃烧器的分类燃烧器可按所烧燃料、供风方式、排放要求、火焰形状等进行分类｡ 按所烧燃料可分为燃气燃烧器、燃油燃烧器和油—气联合燃烧器（炼油加热炉不用固体燃料）｡按供风方式可分为自然通风燃烧器、强制通风燃烧器（包括高强燃烧器）｡按排放要求可分为常规NOx排放燃烧器和低NOx燃烧器｡按火焰形状可分为圆锥形火焰燃烧器、鱼尾形（折扇形）火焰燃烧器、扁平焰燃烧器和辐射墙火焰燃烧器｡燃气燃烧器按其燃料与空气混合的先后可分为外混式、预混式和半预混式三种｡燃油燃烧器按其雾化方式可分为介质（蒸汽或空气）雾化、压力雾化和机械雾化三种｡ 炼油加热炉常用的燃烧器往往是上述不同类别的组合，例如，自然通风低NOx燃气燃烧器（一般不特殊说明者就是圆锥形火焰），强制通风压力雾化燃油燃烧器，自然通风油—气联合燃烧器，自然通风扁平焰燃气燃烧器，自然通风半预混式辐射墙火焰燃气燃烧器等｡
2、燃气燃烧器燃气燃烧器的燃料喷嘴有外混式、预混式和半预混式三种｡外混式的燃料气和空气是在喷嘴之外一边燃烧一边混合的｡其燃烧速率和燃烧完全程度主要取决于物理过程，即燃料气与空气之间的扩散混合过程｡ 预混式的燃料气和空气是在喷嘴内预先混合均匀的，其燃烧过程主要取决于燃烧反应的化学动力学因素，而不是燃料气和空气扩散混合的物理过程，因而其燃烧速率比外混式的快得多，燃烧完全程度也好得多（表现为所需过剩空气少）｡ 半预混式在喷嘴内预先混合的空气量一般占总空气量的30%~70%，其余空气在喷嘴外部混合｡其燃烧状况界于外混式和全预混式之间｡外混式的火焰呈黄色｡预混式的火焰呈兰色｡而半预混式的火焰具有内外2个锥形焰面，外锥呈黄色，内锥呈兰色｡ 2.1外混式燃气燃烧器外混式燃气燃烧器可以在燃料气成分、密度和发热量等宽范围变化的条件下操作｡高氢含量或高分子烃占极大百分比的燃料气均可参与操作｡但不适用于含液滴和大量不饱和烃的燃料气，因为它们会在喷头上生成焦碳或聚合物而堵塞喷孔｡ 外混式燃气燃烧器可以在宽范围的燃料气压力下操作｡在设计放热量下，燃气在燃料喷嘴前的压力通常选用0.1~0.15MPa｡这样既适应炼油装置燃料气管网压力，也可得到合适的喷孔尺寸，减少操作中出现污垢堵塞喷孔的问题｡ 外混式燃气燃烧器的可操作范围与燃气成分、密度、发热量和可利用的压力有关｡在燃气成分一定的条件下，其调节比（最大放热量与最小放热量之比）可达到5∶1｡
自然通风外混式燃气燃烧器的空气供给主要靠燃烧器处可利用的炉膛抽力｡为保证火焰稳定，燃烧器砖处标高处至少需要40~50Pa的通风抽力｡对于自然通风外混式燃气燃烧器，当燃料喷嘴位于燃烧器中间，火焰为圆柱形或圆锥形时，其火焰长度取决于燃气喷嘴的开孔角度：开孔角度小，火焰瘦长；开孔角度大，火焰短粗｡典型的火焰长度是1~2m/MW｡自然通风外混式燃气燃烧器放热量通常在0.3~4.5MW｡强制通风燃烧器放热量通常是1~6MW｡高强燃烧器放热量通常是4.5~20MW｡ 2.2预混式燃气燃烧器自然通风预混式燃气燃烧器的空气供给是用文丘里管靠燃料气压力吸入的，因此也称为引射式燃气喷嘴｡在设计放热量下，燃料气在喷嘴前的压力为0.1~0.25MPa｡当给定放热量时，燃料气成分的变化可能要改变燃料操作压力｡这直接影响吸入的燃烧空气量｡因此，预混式燃烧器不适用于气体成分经常变化的燃料｡ 在所有操作工况下，燃气—空气混合物在喷孔处的速度都应大于火焰传播速度，否则，火焰会回到文丘里管内燃烧或闪爆，造成回火或回火爆鸣｡当使用高火焰传播速度燃料气（如氢气）时，应严格限制低负荷运行｡燃料气含氢量（摩尔分数）超过70%时，不推荐使用预混式燃烧器｡另外，预热空气会使火焰传播速度加快，因此，预混的空气禁止加热，否则会频繁回火而无法正常操作｡ 预混式燃烧器能够在低的过剩空气下操作｡在单个燃烧器内过剩空气可以达到5%~10%｡对于一定的燃料气成分，预混式燃烧器的调节比一般限制在3∶1｡预混式燃烧器可以在很低的抽力下稳定燃烧，当采用全预混式时，燃烧器所处标高处的抽力可以低至13~25Pa｡考虑到文丘里引射器的尺寸不宜过大，全预混式燃气燃烧器的放热量不宜超过1MW｡ 预混式的火焰体积比外混式的要小，火焰形状取决于燃气/空气混合物喷头和耐火砖形状的设计，可以产生圆锥形火焰、鱼尾形扁平火焰和铺展在燃烧器砖和炉墙耐火材料上的辐射形火焰｡
3、燃油燃烧器燃料油燃烧过程包括燃料油蒸发和油气与空气扩散混合的物理过程，以及燃料分子与空气中氧分子进行燃烧反应的化学过程｡与燃料气的燃烧过程相比，多了1个“蒸发”的物理过程｡因此其燃烧速率比较慢，火焰体积也比较大｡ 燃料油的蒸发过程与其比表面积直接相关｡增加比表面积就可强化燃烧过程｡为提高燃烧速率，强化燃烧过程，曾采用过许多扩大比表面积的方法，例如最初是将燃料油泼洒在杂乱堆积的耐火砖上燃烧，后来采用滴油器燃烧等｡直到18世纪末才出现了雾化燃烧方法，**强化了燃料油的燃烧过程｡ 假如1kg的燃料油是球形，其表面积为0.0483m3，把它雾化成直径30μm的油滴，总表面积为200m2，比表面积增加4140倍｡雾化是将液体破碎成极细小的小滴，以改善燃料—空气混合和强化燃烧的过程｡ 使燃料油雾化的方法很多，常见的有介质雾化、压力雾化和机械雾化｡介质雾化又分蒸汽雾化、压缩空气雾化和鼓风机空气雾化｡蒸汽雾化按蒸汽与油混合的位置分为内混式、外混式和中间混合式｡炼油加热炉基本上都用内混式蒸汽雾化｡压缩空气雾化很少用，一般只在烧轻油（如石脑油）时推荐使用，以防止汽阻｡鼓风机空气雾化一般用于机械制造行业烧柴油｡压力雾化和机械雾化在缺乏雾化介质的油田加热炉和长输管道加热炉上使用，烧原油｡
炼油加热炉用内混式蒸汽雾化油喷嘴的蒸汽压力一般是0.7~1MPa，燃料油压力通常比蒸汽压力低0.1~0.2MPa｡蒸汽必须是干的或稍微过热的，一般是200~210℃｡湿蒸汽会在管道和燃料喷嘴内形成水滴，水滴的蒸发会吸收热量和形成火花，导致点燃困难和不完全燃烧｡过热的蒸汽能在燃料喷嘴内汽化部分燃料油，造成汽阻，影响火焰的稳定性｡ 雾化每公斤燃料油所需的蒸汽量叫汽耗，烧轻质燃料油汽耗较低，烧重质燃料油时汽耗较高｡内混式蒸汽雾化烧减压渣油时，一般汽耗（标油）为0.15~0.3kg/kg，最高0.5kg/kg｡雾化效果与燃料油的粘度密切相关，为了保证雾化效果良好，重质燃料油必须加热，以获得合适的粘度｡ 蒸汽雾化要求燃料油设计粘度为20mm2/s（恩氏粘度3°E），最大粘度限制在45mm2/s（6°E）以下｡燃油燃烧器的调节比取决于可利用的燃料压力、放热量的大小和雾化器的设计｡内混式蒸汽雾化典型的调节比是3∶1｡由于燃料油的燃烧过程比燃料气多了1个“蒸发”的物理过程，其燃烧速率比较慢，火焰体积也比较大｡因此，SH/T3036规定的燃油燃烧器中心至炉管中心或耐火材料的距离都比燃气的大，所需过剩空气也多｡ 油喷头的钻孔决定了火焰的形状和长度｡圆锥形火焰燃烧器喷头孔的常规夹角是40~70°｡对于自然通风燃烧器，当夹角是50°时，火焰长度约为2m/MW｡燃油燃烧器的放热量自然通风时通常为0.9~4.4MW｡强制通风时通常在1.5~20.5MW｡高强燃烧器通常在3~20.5MW｡
4、油—气联合燃烧器油—气联合燃烧器是炼油加热炉用得最多的燃烧器，它在同一个燃烧道和调风器内设置有燃油喷嘴和燃气喷嘴｡单独烧油或单独烧气均能达到燃烧器的设计放热量｡油—气混烧时，两者的总放热量不应超过燃烧器的设计放热量，否则会因空气供给不足而出现不完全燃烧｡为防止出现不完全燃烧，一般不采用油—气混烧的操作方法，而是在同一台炉子的所有燃烧器中，一部分单独烧油，另一部分单独烧气｡值得注意的是，操作时单烧油和单烧气的燃烧器应交叉分布，并以放热量多的燃料流量作为被加热介质出炉温度的控制｡因此，燃油或燃气的放热量不应相等或相近，否则加热炉的操作恐怕难以控制｡ 5、低NOx燃烧器燃烧过程中生成NOx的90%以上是NO，在较低温度下，NO氧化成NO2｡NO生成的机理有三种：快速转化型P—NOx（PromptNOx）是富烃类燃料燃烧时，在火焰面内高温下空气中的N2和O2通过烃基快速生成的；热转化型T—NOx（thermalNOx）是在火焰面下游空气中的N2和O2在高温下反应生成的；燃料转化型F—NOx（fuelNOx）是燃料中的氮化物燃烧时转化成NOx的｡ —NO生成量很少，一般比T—NO小1个数量级｡ T—NOx的生成主要取决于温度、停留时间及过剩氧：高温有利于T—NOx生成反应；在高温区的停留时间越长，生成的T—NOx也越多；随着过剩氧的增加，NOx浓度在外混式气体燃烧器中将增加，在预混式燃烧器中将减少｡在典型的炼油加热炉过剩氧（1%~5%O2湿基）的条件下，这是正确的｡如果过剩空气再增加，外混式气体燃烧器的NOx浓度将达到一个最大值｡超过这一点，再增加过剩氧，NOx浓度开始下降（被稀释）｡这个最大值可能出现在过剩空气量60%~70%（7%~8%O2湿基）｡另外，炉膛温度、燃烧空气温度和燃料中的氢含量都可能影响燃烧区的温度，从而影响T—NOx的生成量｡燃料转化型F—NOx用空气分级供应的燃烧器可以减少30%~50%｡燃料脱氮能有效减少F—NOx的生成｡
第一代低NOx气体燃烧器是空气分级气体燃烧器，其烟气中NOx的浓度降到140mg/m3｡空气分级气体燃烧器设计有一级、二级和三级空气入口｡全部燃料在一级燃烧区注入｡在一、二级燃烧区，燃料浓度相对较高，而氧浓度相应较低；在三级燃烧区，燃料浓度相对降低，而氧浓度相对上升｡这样的“浓淡”燃烧，**减缓燃烧速率，降低燃烧区温度，使NO生成量显著减少｡ 第二代低NOx气体燃烧器是燃料分级燃烧器，其烟气中NOx的浓度降到80mg/m3｡燃料分级燃烧器一般将燃料气分两级（少数也有分三级的）供给，而全部燃烧空气在一级燃烧区供给｡同样采取“浓淡”燃烧的原理降低NO的生成｡ 第三代低NOx气体燃烧器是烟气内回流低NOx燃烧器，烟气中NOx的浓度降到50mg/m3｡内部烟气回流，是燃烧器自身利用燃烧空气流或燃料气流产生低压区，通过燃烧器砖上的开口卷吸炉膛气体（主要是烟气）进入燃烧器或燃烧区，稀释氧浓度，降低燃烧速率和燃烧区温度，从而减少NO的生成｡现在使用的低NOx燃烧器大都采用这项技术｡ 本世纪初投入工业使用的强化烟气内回流低NOx气体燃烧器采用分级燃料，并分级吸入炉膛烟气，分别形成2个都卷吸有烟气的燃烧区，使排放烟气中NOx的浓度降到了35mg/m3以下｡外部烟气回流是在炉子后方（通常在对流段的下游）用引风机（一般需要高温引风机）将烟气吸出再送入燃烧器｡这种减少NOx生成的方法国内已在上海高桥石油化工公司进行试验，预计可以取得一定效果｡这种方法对烧油加热炉减少NOx排放应该是最有效的｡
低NOx重油燃烧器是本世纪初才开始研发和投入工业使用的｡主要是采取空气分级供应的办法来降低NOx生成量，以取得降低氮氧化物20%~30%的显著效果｡烧含氮0.3%（质量分数）的重油，常规燃烧器烟气中的NOx浓度一般在600mg/m3以上，空气分级低NOx重油燃烧器烟气中的NOx浓度在400~500mg/m3｡ 历经30来年的研究和开发，气体燃烧器的NOx减排技术基本上已臻完善｡而重油和渣油燃烧器的NOx减排技术尚处在初级阶段｡低NOx燃烧技术的基本理念是降低燃烧速率，降低燃烧区的温度，从而降低NOx的生成｡对于相同放热量的加热炉，低NOx燃烧器需要更大的体积｡因此，SH/T3036按低NOx燃烧器规定的燃烧器中心至炉管中心和暴露炉墙的间距，比常规NOx排放燃烧器的要大｡采用常规燃烧器时，这些间距可以缩小｡ 6、燃烧空气的供给燃烧器按其空气供给的方式可分为两大类：自然通风和强制通风｡燃烧器的尺寸大小取决于空气通过燃烧器的压降或抽力损失，前者通常指强制通风，后者指自然通风｡在调风器全开的条件下，空气通过燃烧器的压降或抽力损失的至少75%要用于通过燃烧器喉口转变成动能，以强化燃料与空气的混合｡另外，燃烧器的尺寸，主要是喉口尺寸设计时应考虑环境温度和大气压的修正｡燃烧器喉口指的是在空气流动路线上用燃烧器砖形成约束，以使燃料和空气造成湍流混合的部位｡ 自然通风燃烧器是最简单和最便宜的，也是炼油加热炉用得最普遍的｡自然通风燃烧器的燃烧空气是靠炉膛的抽力使其通过燃烧器的｡空气通过燃烧器的抽力损失至少应有40~50Pa，但也不宜过高｡对于底烧直立上抽式加热炉，即使由于炉膛高而有相当大的抽力，设计时空气通过燃烧器的抽力损失也不宜大于100Pa｡这是因为设计抽力损失过大，意味着燃烧器喉口截面小，流速高｡当炉内抽力不足时会出现空气供给不足，燃烧不完全｡而抽力过高时，喉口处流速过高会引起脱火，甚至吹灭火焰，使燃烧不稳定｡
炼油加热炉用预混式燃气燃烧器的空气供给也是自然通风的｡其燃烧空气是靠燃料气压力通过文丘里管吸入的，因此即使炉膛抽力很低也能正常操作｡应该注意的是，半预混燃气燃烧器的二次空气是靠炉膛抽力吸入的，因此炉膛抽力也不能太低｡强制通风燃烧器用送风机提供燃烧空气｡强制通风燃烧器通常在空气压力超过500Pa的条件下操作，使燃料和空气强烈混合，强化燃烧｡因此SH/T3036规定的过剩空气量，强制通风要比自然通风少5%｡强制通风燃烧器常用于空气预热系统｡当氧源由燃气轮机供应时，也采用强制通风燃烧器｡燃气轮机排出的尾气含氧（体积分数）13%~17%，温度450~570℃，压力2500Pa｡ 当采用雾化效果较差的压力雾化或机械雾化烧油时，往往也采用强制通风，以改善其燃烧效果｡强制通风系统操作上的缺点，是其安全性依赖于风机及其驱动机的可靠性｡其中任何一个出现故障，都可能导致加热炉和装置停工｡解决的办法是增加备用风机和驱动机，以确保可靠性，或允许在燃烧空气送风机故障改为自然通风操作时降低负荷｡ 国内目前设计的空气预热系统大都采用自然通风燃烧器｡这样做虽然不能发挥强制通风使燃料和空气强烈混合的效果，但在风机故障时仍能切换成自然通风满负荷操作，而不会导致加热炉或装置停工｡高强燃烧器也属于强制通风燃烧器，但它燃烧的体积热强度比普通燃烧器要高得多，一般在10MW/m3以上｡其空气通过燃烧器的压降也高得多，一般是1000~2500Pa｡由于这种燃烧器在炼油加热炉中用得不多，就不再详细介绍了｡
7、燃烧的稳定性燃料和空气的良好混合是稳定燃烧的重要条件之一，它影响燃料空气比、点燃温度和燃烧速率｡混合能量由燃料、雾化剂和燃烧空气的静压能和动能提供｡燃料（烧油时还包括雾化剂）的喷射速度和流向能提供混合能｡自然通风燃烧器燃烧空气的能量很低，因此比强制通风燃烧器更依赖燃料能来混合｡ 自然通风燃烧器在低负荷下运行时，由于燃料能低，混合较差而影响燃烧的稳定性｡这就是自然通风燃烧器在低负荷下运行容易熄火的原因｡强制通风燃烧器的混合能不完全依靠燃料能来提供，燃烧空气在喉口处的高压差足以提供造成湍流混合的能量｡稳定的燃烧要求有1个火焰稳定点，即在燃烧器内火焰被持续点燃的区域｡对燃烧稳定性的最大威胁是“脱火”，即燃料—空气混合物流速超过火焰传播速度而造成火焰脱离稳定点｡脱火通常是导致火焰熄灭的起因｡ 燃油燃烧、预混式或外混式燃气燃烧，均存在脱火的危险｡防止脱火的措施很多，主要有以下几点： 1）将火焰根部置于燃烧道内，炽热的燃烧道耐火材料将连续地对可燃混合物进行强迫点燃｡ 2）采用燃烧道截面突然变化，凹凸不平的燃烧道或火焰附墙壁面，以便产生涡流，使热烟气回流作为强迫点燃的热源｡辐射墙半预混式燃气燃烧器的稳火瓣就是典型的例子｡ 3）在火焰根部空气流中设置稳燃器——固体锥形物或开孔限流物，在稳燃器的下游产生旋涡，使热烟气回流强迫点燃可能脱火的火焰｡
自然通风燃烧器的空气流速很低，一般不用专门的稳燃器，只用前面两种方法即可得到稳定的燃烧｡强制通风燃烧器一般都要设置专门的稳燃器才能获得稳定的燃烧｡稳燃器产生的旋流强度应适当才能得到稳定的燃烧｡旋流强度过大会使燃料喷头结焦，过小又起不到稳燃的效果｡旋流强度是气流角动量与轴动量之比，是气流混合和回流的量化描述｡燃烧稳定性的另一威胁是“回火”，即在火焰传播速度超过燃料—空气混合物通过燃料喷口速度时，发生火焰向燃料喷嘴内燃料—空气混合物传播的现象｡俗称火焰“回到”燃料喷嘴内燃烧，因此叫“回火”｡ 回火一般要产生回火噪声、回火爆鸣，严重时会中断燃烧｡只有预混式和半预混式燃气燃烧器才有回火危险｡外混式燃气燃烧器和燃油燃烧器的燃料是在燃料喷嘴之外与空气混合的，因此没有回火危险｡ 防止回火的方法是以降低火焰传播速度、提高燃料—空气流出速度、保证速度场均匀为前提而拟定的｡主要有下列三点： 1）高氢燃料，特别是氢含量（摩尔分数）超过70%时，由于氢的火焰传播速度特别快，不推荐使用预混式和半预混式｡ 2）与燃料预先混合的空气不得预热，因为温度的升高会加快火焰传播速度｡ 3）燃料—空气混合物流出口的设计应保证速度场均匀，如果速度场不均匀，回火将从速度低的部位开始发生｡
8、燃烧安全保护系统最简单的燃烧安全保护系统是设置长明灯｡长明灯是用来点燃主燃烧器火焰的小燃烧器｡长明灯的燃料应是气体燃料｡长明灯的燃料气源应是与主燃料分开的独立燃料源，最好是独立的天然气供给系统，至少也应从燃料气气水分离罐独立引出燃料气管道｡为了避免铁锈堵塞长明灯燃气喷孔，长明灯燃气管道应采用18—8型不锈钢｡ SH/T3036关于长明灯有详细规定：“每台燃烧器都应有气体长明灯｡”“长明灯的名义放热量为22kW｡”（资料规定长明灯的最小放热量是19kW｡）“在主燃烧器整个燃烧过程中，当主燃烧器燃料减少、抽力降低、燃烧空气量不稳等所有操作条件下，长明灯也应保持稳定｡”“长明灯的安装位置应确保它能够点燃主燃烧器的任何一种燃料｡”当主燃料暂时中断时，“长明灯应能再次点燃主燃烧器｡” 从仪表自控角度，燃烧安全保护系统应如下设置：当加热炉只有1个燃烧器时，应设置冗余火焰监测器（如紫外、或红外、或离子棒）对火焰进行连续监测，并设置故障报警和应急联锁系统｡对于多于1个燃烧器和连续长明灯的加热炉，每个长明灯应设置1个火焰离子棒，这些离子棒应与联锁系统连接，设置有关的报警、逻辑和联锁保护功能｡
在加热炉开车期间，当长明灯系统的切断阀位于“开”的位置，而且监测到有大于或等于50%的长明灯未被点燃时，火焰离子棒应引发关闭所有主燃料保护系统阀门｡控制室内要有公共报警，当检测到1个或1个以上长明灯熄火时应报警｡报警应有“重复闪亮”特征，当第一个长明灯熄灭后报警，随后其它长明灯熄灭时可再次报警｡提供“表决关”开关，使操作员在加热炉稳定操作时可以解除长明灯表决系统｡提供“表决开”开关，可以手动激活表决系统｡当所有主燃料气阀关闭时，长明灯表决系统应处于开启状态，以便在主燃料气阀门再次打开时要求有50%以上长明灯是点燃的｡
| 
已绑手机 
已实名 
提升你的主题卡
24小时置顶卡
变色卡
千斤顶
