加热炉燃烧器Word文档格式.docx
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出现熄火、打炮甚至炉膛爆炸等事故。
3.2?
燃烧器主要结构型式[35-39]
燃油燃烧器
燃油燃烧器按油雾化器（或称油喷嘴）的型式分类如下：
有时将转杯雾化器称为组合式雾化器，它是机械雾化与介质雾化的组合型式。
各种常用燃油雾化喷嘴的特性见表3-1。
1．油简单压力雾化喷嘴
简单压力雾化喷嘴的进油压力一般为2~5MPa，运行过程中的喷油量是通过改变进油压力来调节的，但进油压力降低会使雾化质量变差，因此负荷调节范围受到限制，这种喷嘴的最大负荷调节比为1：
2。
图3-1为切向槽式简单压力雾化喷嘴，主要由雾化片、旋流片、分流片构成。
由油管送来的具有一定压力的燃油，先经过分流上的几个进油孔汇合到环形槽中，
图3－1?
切向槽式简单压力雾化喷嘴?
1－雾化片?
2—旋流片?
3—分流片
表3-1?
常用燃油雾化喷嘴特性比较表
类别
特性
压力雾化式
转杯雾化式
蒸汽雾化式
低压空气雾化式
雾化原理
高压油通过切向槽和旋流室时产生强烈旋转，再经喷孔雾化.
油随高速旋转的杯旋转，在离心力作用下雾化,空气介质作二次雾化.
利用高速蒸汽射流冲击油流，使油雾化
利用喷射的空气射流使油雾化
雾化细度
油粒粒径为20－250μm，粗细不均匀，低负荷时油粒变粗
油粒粒径为100200μm，粗细均匀，低负荷时油粒变细
油粒粒径小于100μm，细而均匀，低负荷时油粒变化不大
雾化角
70°
~120°
50°
~80°
15°
~45°
25°
~40°
适用油种
可用于各种油品粘度11~27mm2/s
可用于各种油品粘度11~42mm2/s
用于油品粘度56~72mm2/s
不宜用于残渣粘度35mm2/s
燃烧特性
火炬形状随负荷变化，火焰短粗
火炬形状不随负荷变化，易于控制
火炬形状容易控制，火焰狭长
火炬形状容易控制，火焰较短
调节比
简单压力式1：
2
回油压力式1：
4
1：
6~1：
8
10
5
出力
100~3500kg/h
1~5000kg/h
3000kg/h以下
1000kg/h以下
进口油压
2~-5Mpa需用高压油泵
不用油泵或用低压油泵
结构特点
雾化片制造维修要求高，易堵塞，运行噪声较小
旋转部件制造要求高，无堵塞，运行噪声较小
结构简单，无堵塞，运行噪声大
结构简单，无堵塞，运行有噪声
雾化介质参数
-
转速3000~5000r/min
蒸汽压力0.3~1.2MPa
低压3~10kPa
雾化剂耗量
0.3~0.6kg/kg（汽/油）
理论空气量的75%~100%
适用范围
用于小型或前墙以及两侧墙布置的大型锅炉，可用于正压或微正压锅炉
用于小型或前墙以及两侧墙布置的大型锅炉，不宜用于正压或微正压锅炉
用于小型或四角布置的大型锅炉，可用于正压或微正压锅炉
只用于小型锅炉不宜用于正压或微正压锅炉
注：
目前大多数燃油锅炉采用机械雾化、低压空气雾化、蒸汽雾化和转杯雾化。
再进入旋流片上的切向槽，获得很高的速度后，以切向流入旋流片中心的?
旋流室，燃油在旋流室中产生强烈的旋转，最后从雾化片上的喷口喷出，并在离心力作用下迅速被粉碎成许多细小的油粒，同时形成一个空心的圆锥形雾化炬。
2.?
回油式压力雾化喷嘴?
回油式压力雾化喷嘴如图3-2所示，其结构原理与简单压力雾化喷嘴基本相同。
它们的不同点
图3-2?
回油式压力雾化喷嘴
1--螺母?
2—雾化片?
3—旋流片?
4—分油嘴
5—喷嘴座?
6—进油管?
7—回油管
在于回油式压力雾化喷嘴的旋流室前后各有一个通道，一个是通向喷孔，将燃油喷向炉膛，另一个则是通向回油管，让燃油流回流到储油罐。
因此，回油式压力雾化喷嘴可以理解为是由二个简单压力雾化喷嘴对叠而成。
在油喷嘴工作时，进入油喷嘴的油被分成喷油和回油两部分。
理论和试验表明，当进油压力保持不变时，总的进油量变化不大。
因此只要改变回油量，喷油量就自行改变。
回油式压力雾化喷嘴也正是利用这个特性来调节负荷的。
显然，当回油量增大时，喷油量相应减少，反之亦然。
同时，因这时进油量基本上稳定不变，油在旋流室中的旋转强度也就能保持，雾化质量
就始终能得保证。
这种喷嘴的负荷调节比可达1：
4。
图3-3?
转杯式喷嘴?
1?
空心轴?
2?
旋杯?
3?
次风导流片4?
次风机叶轮5?
电动机6?
传动轮7?
轴承Ⅰ?
次风Ⅱ?
二次风
3.?
转杯式喷嘴如图3-3所示，它的旋转部分是由高速（3000~6000r/min）的转
杯和通油的空心轴组成。
轴上还有一次风机叶轮，后者在高速旋转下能产生较高压力的一次风（2.5~7.5kPa）。
转杯是一个耐热空心圆锥体，燃油从油管引至转杯的根部，随着转杯的旋转运动沿杯壁向外流到杯的边缘，在离心力的作用下飞出，高速的一次风（40~100m/s）则帮助把油雾化得更细。
一次风通过导流片后作旋转运动，旋流方向与燃油的旋转方向相反，这样能得到更好的雾化效果。
转杯式喷嘴由于不存在喷孔堵塞和磨损问题，因而对油的杂质不敏感，油粘度也允许高一些。
这种喷嘴在低负荷时不降低雾化质量，甚至会因油膜减薄而改善雾化细度，因此调节比最高，可达1：
8。
转杯式喷嘴雾化油粒较粗，但油粒大小和分布比较均匀，雾化角较大，火焰短宽，进油压力低，易于控制。
其最大缺点是由于它具有一套高速旋转机构，结构复杂，对材料、制造和运行的要求较高。
4.?
高压介质雾化喷嘴
高压介质雾化喷嘴利用高速喷射的介质（0.3~1.2MPa的蒸汽或0.3~0.6Mpa的空气）冲击油流，并将其吹散而使之雾化。
该型喷嘴可分为内混式（图3-4）和外混式（图3-5）两种，这种喷嘴结构简单运行可靠，雾化质量好而且稳定，火焰细长（2.5~7m），调节比很大，可达1：
5，对油种的适应性好。
但耗汽量大，有噪音。
图3-4?
内混式蒸汽雾化喷嘴
图3-5?
外混式蒸汽雾化喷嘴
图3-6?
低压空气雾化喷嘴
低压空气雾化喷嘴如图3-6所示。
燃油在较低压力下从喷嘴中喷出，利用速度较高的空气从油的四周喷入，将油雾化。
所需风压约为2.0~7.0kPa，这种喷嘴的出力较小，一般用于喷油量在100kg/h以下。
它的雾化质量较好，能使空气部分或全部参加雾化，火焰较短，油量调节比大，在1：
5以上，对油质要求不高，从轻油到重油都可燃烧，能量消低,系统简单，适合用于小型锅炉。
燃气燃烧器
1.?
燃气燃烧器的分类
燃气燃烧器的类型很多?
?
分类方法也各不相同?
要用一种分类方法来全面反映燃烧器的特性是比较困难的。
现介绍几种常用的分类方法?
:
按燃烧方法分类
1）?
扩散式燃烧器：
燃烧所需的空气不预先与燃气混合，一次空气系数?
1=0;
2）?
大气式燃烧器：
燃烧所需的部分空气预先与燃气混合，一次空气系数?
1=0.2～0.8;
3）?
完全预混式燃烧器：
燃烧所需的全部空气预先与燃气充分混合，其一次风系数?
1=1.05~1.10?
。
按空气的供给方法分类
引射式燃烧器：
空气被燃气射流吸人或燃气被空气射流吸入；
自然供风燃烧器：
靠炉膛中的负压将空气吸入组织燃烧；
鼓风式燃烧器：
用鼓风设备将空气送人炉内组织燃烧。
按燃料分类
纯燃气燃烧器：
仅限于燃用燃气
燃气-燃油联合燃烧器：
可同时或单独燃用燃气或燃油
燃气-煤粉联合燃烧器：
可同时或单独燃用燃气或煤粉
按特殊功能分类
浸没式燃烧器
高速燃烧器
脉冲燃烧器
4）?
低NOx燃烧器
燃气燃烧器的技术要求
不同装置、不同工艺对燃气燃烧器有不同的要求。
在燃气锅炉中?
对燃烧器的技术要求主要有以下几个方面?
在额定燃气压力下，燃烧器能达到额定出力；
火焰的形状与尺寸应和炉膛结构尺寸相匹配，应有良好的火焰充满度；
具有良好的调节特性，在锅炉最低负荷至最高负荷运行时，燃烧工况应稳定，即有较大的调节比；
调节比?
=1：
燃烧效率高，燃烧污染物排放达标；
结构紧凑、安装操作方便、调节灵活、噪音小。
3.3?
工业锅炉常用油气燃烧器
我国燃气工业锅炉用的燃烧器基本上都是进口产品，来自不同国家，其中以德国的威索（WEISHAUPT）?
、扎克?
（SAACKE）?
、意大利的百得?
（BALTUR）?
、利雅路?
（RIELLO）,?
以及英国的力威?
（NU-WAY）?
和敦威?
（DUNPHY）?
等居多，而以威索燃烧器为典型。
尽管燃烧器的品牌很多，但其组成基本相同，因为它们都遵守统一的欧洲标准。
本节以国内市场上使用较为广泛的德国威索燃烧器为例，对工业锅炉常用油气燃烧器的结构型式及其技术发展趋势进行介绍。
常用的结构型式
工业锅炉常用油气燃烧器的结构可大致分为燃料输送、空气输送、燃料-空气混合及点火系统、燃料-空气联动调节及安全保护这五个系统。
以下以德国威索燃烧器为例对这五个系统分别加以说明。
图3-7?
威索燃油燃烧器（分段式）结构示意图
图3-8?
威索燃气燃烧器结构示意图
图3-10燃油输送系统（比例调节式）
1—油泵?
3、4、6、7—电磁阀?
12—比调型喷嘴
15回油调节阀?
17?
回油压力开关
图3-9?
燃油输送系统（分段式）
2、3—电磁阀
10—分段式喷嘴
燃料输送系统
燃油
燃油燃烧器的燃料输送系统通常由输油（进油及回油）软管、油泵、燃油电磁阀、回油调节阀（比例调节型燃烧器中）等组成。
见图3-9、3-10。
燃气
燃气燃烧器的燃料输送系统由一组阀组串构成，通常包括球阀、过滤器、稳压阀、电磁阀、蝶阀等。
见图3-11。
图3-11?
燃气输送系统?
图3-12?
分体式燃烧器空气输送系统
图3-13?
燃料-空气混合及点火示意图
空气输送系统
空气输送系统通常由燃烧器风机马达带动同轴的鼓风叶轮及风道组成,如图3-7和3-8所示。
在大型分体式燃烧器中，还可根据设备要求采用独立的风机并通过专门的风道输送空气，见图3-12。
3.燃料-空气混合及点火系统
燃料-空气混合及点火系统，对燃烧器的各项燃烧指标具有关键性作用。
燃料与空气的混合好坏会直接影响到火焰的点燃与稳定；
点火系统的稳定性则关系设备能否顺利开始运行，并对设备的安全使用具有重大意义。
4,燃料-空气联动调节系统
油气燃烧器在整个功率范围内的燃料与空气量的配合都是联动调节的，负荷变化时，空气量与燃料量的变化是同步进行的，其配合在燃烧器调试时通过烟气分析等手段予以设置。
?
图3-14?
燃料（燃气）-空气联动调节系统示意图
5.安全保护系统
油气锅炉内如积聚有大量的可燃气体（如发生燃气泄漏或燃油在高?
温的炉膛内蒸发成为油气）并达到爆炸极限，在点火时就会产生爆燃，对油气锅炉的运行安全造成重大威胁。
所谓爆炸极限是指燃气或燃油蒸气与空气混合后遇火种能够发生高速燃烧浓度（一般指体积浓度）范围。
这个范围的最低值称为爆炸下限?
最高值称为爆炸上限。
一般情况下?
天然气的爆炸极限是?
3%~15%；
焦炉煤气是5%~36%；
液化石油气是1.6%~11.1%。
爆炸极限范围越大，爆炸下限越低的燃料气，其爆炸危险性越大。
为防止燃料气泄漏进入炉膛造成安全隐患，燃烧器上均设置有相应的自动点火程序、熄火保护装置等安全保护系统。
通常，油气燃烧器在点火前均有一段前吹扫时间，即在点火电弧产生前，燃烧器风机对炉膛内有一个吹扫得过程。
在这一过程中，可以把可能尚残留在炉膛内部的可燃气体排出炉膛以外，从而避免爆燃的发生。
此外，在油气燃烧器运行过程中，如果一旦发生火焰熄灭但燃料输送仍在继续的情况，则也会使炉膛内部积聚起大量的可燃物（燃气或油气），造成危险。
因此，油气燃烧器均有火焰监测系统用来在熄火时保护系统，即断火时立即停止燃烧器的运行。
图3-15所示是比较常用的两种火焰监测手段。
通过电离法或紫外线探测法可以确定火焰的存在与否。
图3-15?
燃烧器火焰监测系统原理示意图
燃烧器静止时，由于燃油燃烧器的油泵（燃料输送系统）是通过燃烧器马达与鼓风叶轮同轴驱动的，因此只要油箱位置安装正确，即便关断装置（如电磁阀）失效，燃料也不会轻易泄漏入炉膛。
但在燃气燃烧器中，如果阀组中的关断装置有泄漏，燃气就有可能在燃烧器静止时流入炉膛，使燃烧器在下一次点火时面临爆燃的危险。
因此，在燃气燃烧器的阀组串中，通常都会配备阀门检漏装置，它在每次燃烧器启动之前都会对燃气电磁阀进行气密性检验，燃烧器只有在检漏程序通过后才能点火。
以威索公司采用较多的WDK3型阀门检漏系统为例（见图3-16），可将检漏装置的工作过程分为以下几个过程：
排空
在这一阶段前的2秒内，电磁阀V2打开，测试段内压力与外界取得平衡（即达到无压状态）。
无压状态测试时间
在排空后8秒长的时间段内，程序会检测测试段是否真的无压，且这一状态是否得以保持。
此时压力如果升高说明电磁阀V1（燃气流动方向上的第一个阀体）泄漏。
同时，压力开关能否正确动作也在这一时间被检验（如压力开关本身有问题，检漏装置会将设备闭锁）。
测试段内加压
从第16秒开始，电磁阀V1将打开2秒钟。
测试段内的压力将升高至与燃气供气压力取得平衡。
检测用压力开关会动作。
保压状态测试时间
由此开始将对测试段进行9秒长的检漏工作。
在这段时间内会检测，压力是否能够保持住，即是否有泄漏。
压力如有降落则说明电磁阀V2或测试段内部有泄漏。
当第2段测试时间安全通过后，检漏装置将被断开。
图3-16WDK3型阀门检漏装置示意图
此外，油气燃烧器中通常还在铰接法兰上配有限位开关以防止燃烧器法兰部分在运行中意外开启，并在空气输送通道内安装空气压力开关，以防止在燃烧器运行过程中空气输送意外中断情况下，燃料仍在输入炉膛。
工作过程
燃烧器的工作是在以上几个系统协调动作进行的基础上进行的。
鼓风机马达转动后，带动同轴的叶轮转动，因离心力的原理，空气被高速旋转的叶轮抛出，因蜗壳式的风机原理，抛出的空气被吹向燃烧器的前方出口，在混合室内和进入的燃气充分混合，再经过扩散器的干扰，使燃料与空气充分混合均匀，吹入炉膛内燃烧。
而风量的控制是由风门挡板来完成的。
当采用气体燃料时，燃气最后经过蝶阀进入混合室与空气混合，利用蝶阀的开度来控制燃气量的多少。
燃气和空气充分混合后，被送人炉膛内燃烧。
为点燃燃气，在燃烧器上装有一个电子打火装置，连接到点火电极上，点火电极击穿空气进行放电，形成一个电弧，用该电弧将送入的混合好的燃料点燃，这就是点火系统。
燃料输入量的多少与鼓风量的多少是联动的。
空气量按预先设定好的空气过量系数与燃料同步增加或减少，从而控制负荷的变化。
燃烧器上装的伺服马达、驱动凸轮和连杆，同步控制风门挡板和燃气蝶阀或回油调节阀，这就是供给?
（?
调节?
）?
系统。
铰接法兰的限位开关、空气压力开关和火焰监视器则构成保护系统。
在燃烧器上还装有电眼，即火焰监视器，以保证在点火和正常燃烧时，对火焰进行监视和控制。
在应该看到火焰时，若看不到火焰，则马上切断燃烧器和切断燃料的供给系统，以保证锅炉的安全运行，防止出现爆燃事故。
油气燃烧器在第一次投入运行时，调试人员会在燃烧器负荷变化范围内对燃料与空气的配比进行设定，其依据是通过对照燃烧后烟气成分中的氧含量及一氧化碳或林格曼黑度（燃油时）的值，来确定燃料是否已充分燃烧以及过量空气系数?
的值是否得当（提高效率）。
燃烧器应在安全（燃料充分燃烧）的前提下，尽量降低过量空气的量，以提高锅炉的整体热效率水平。
油气燃烧器技术发展趋势
图3-17?
油气锅炉烟气再循环系统示意图
现代燃烧器的技术发展趋势主要受到了以下一些要求的影响：
更严格的环保要求，即对燃烧后排放烟气中NOx、CO、SO2等的控制；
更高精度的自动化控制及远程监控能力；
更简便的安装调试及维修过程；
更高的不同种类燃料适应能力；
5.?
更低的设备及运行成本；
其中降低烟气中NOx含量和进一步降低设备及运行成本是最受到人们关注的重点。
以威索公司产品为例，针对这两方面近年来的主要技术发展成果如下：
以威索多火焰（Multiflam?
）燃烧器为代表的低NOx排放型系列产品
仅就燃烧器本身而言，要降低烟气中NOx的含量，只能通过控制热力型NOx的产生，即通过降低燃烧温度、减少过量空气方式来进行。
同时，对于火焰的稳定性也必须兼顾。
在过去，为达到这一目的，采用过烟气再循环法，如图3-17所示。
通过将燃烧后的部分烟气重新导入燃烧器并再次进行参与燃烧，可以降低热力型NOx的排放量。
由于这一系统牵涉到许多外围设备及控制，造价高，调整也较为复杂。
随着技术的发展，配合电子联动模式的出现，威索公司的新一代超低NOx排放型多火焰（Multiflam?
）燃烧器以更简单和先进的方式达到了相同的目的。
通过将总负荷的约95%分配到3个次级喷嘴并用一个初级喷嘴以约5%的负荷量保持火焰的稳定性（图3-19），多火焰（Multiflam?
）燃烧器在燃油时也可以达到很低的NOx排放水平，其火焰如同燃气火焰一样，见图3-18。
多火焰（Multiflam?
）燃烧器燃油火焰;
传统燃油火焰
1
图3-18?
）燃烧器燃油火焰与传统燃油火焰比较?
图3-19?
）燃烧器燃烧头示意图
以数字化燃烧控制为基础并结合变频及氧量调节技术的电子联动型燃烧管理模式如图3-20所示，以数字化燃烧控制为基础的电子联动方式与传统的机械联动方式相比较，具有高精度、高可靠性和低成本的优点。
在这一系统中，燃料和空气量的变化经闭合总线（CAN-Bus）由数字式燃烧管理器进行精确控制。
同时，它还具有负荷比调控制、风机变频控制及氧量调节模块扩展功能，并可通过数字接口同外围楼宇自动化控制系统对接，供系统进行远程监视。
图3-20?
数字化电子联动型燃烧管理系统示意图
a）?
负荷比例调节控制模块
负荷比例调节控制模块能够将所需的设定值与外部反馈回来的实际值进行实时比较，并通过内部自动计算来控制燃烧器的负荷变化。
这样，可以避免介质状态的大幅波动，尽可能地减少燃烧器的启停次数，从而减少吹哨过程流失的能量，达到节省燃料的目的。
b）?
风机变频控制模块
通过对燃烧器风机的变频控制，可以降低电耗，并在部分负荷时大大降低燃烧器的运行噪音水平。
对于大型燃烧器来说，由于在大部分时间里处于部分负荷状态运行，采用变频控制技术节电效果显着，见图3-21。
图3-21?
燃烧器负荷变化与电机功率变化关系
c）?
氧量调节模块
氧量调节模块通过对烟气中氧含量的监测，将信号及时反馈到燃烧管理器，并由燃烧管理器发出指令来修正进风量，从而达到在保证燃烧充分的前提下，保持过量空气系数处于低水平的目的。
由于减少了过量空气量，使得整个锅炉系统的效率得以提升，达到节能（燃料量）的目的。
3.4?
常用油气燃烧器的运行性能
3.4.1燃烧器性能曲线（运行压头与负荷关系）-
威索燃烧器的运行压头与负荷关系曲线图如图3－22所示。
图3－22 威索燃烧器的运行压头与负荷关系曲线图
图3－23 重油燃烧器火焰直径及长度线图
图3－24 轻油燃烧器火焰直径及长度线图
其他燃烧器的运行压头与负荷关系曲线可参考相关资料查取。
3.4.2燃烧器火焰长度与直径
1，重油燃烧器火焰直径及长度线图3－23及经验关系式
A:
重油燃烧器火焰长度:
L=0.4938+0.0182G-3*10-5G2+3*10-9G3;
B:
重油燃烧器火焰直径:
D=0.2963+0.004G-6*10-6G2+3*10-9G3;
2，轻油燃烧器火焰直径及长度线图3－24及经验关系式
C:
轻油燃烧器火焰长度:
L=0.4432+0.0166G-2*10-5G2+10-8G3;
D轻油燃烧器火焰直径:
D=0.2949+0.0036G-6*10-6G2+3*10-9G3;
3，气
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