【正文】 手。 1. 低氧燃燒 在油的燃燒過程中，把過量空氣量盡可能壓低，即讓過量空氣系數 α處于低值（ ～ ）狀態(tài)燃燒，同時注意保持爐內溫度均勻，不產生局部過熱現象以及改善油霧與空氣的混合，加強擾動使燃燒完全。這些技術措施，可有效降低 SO3和 NOx在燃燒過程中的生成。 鍋爐的燃燒設備 改善燃油爐燃燒的措施 單元 3 燃料與燃燒設備 低氧燃燒可能增大鍋爐的氣體和固體不完全熱損失，降低爐內溫度水平也會影響燃燒效率。因此采取措施時，需要綜合考慮，多方兼顧，譬如提高油的霧化質量，改善油氣混合，改進燃燒器設計以及提高運行操作技術等。如果能像平流式調風器那樣，采用自動調節(jié)設備監(jiān)視和控制燃燒所需風量，過量空氣系數壓低在 ，燃燒效率可以保持在 95%以上。 為切實實現低氧燃燒，國內外許多燃油鍋爐采用微正壓（ 2022～ 3000Pa）爐膛，有效防止爐外空氣的滲漏。目前，燃油爐是否實施和保持低氧燃燒已成為衡量燃油設備優(yōu)劣和燃燒技術水平高低的重要標志之一。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 2. 分級燃燒 分級燃燒是將燃料所需的空氣由不同設備和部位送入爐內供其燃燒的技術。通常，除調風器供給空氣外，在距離調風器一定高度處再供給一部分空氣，稱為 火焰上部風 ，以彌補經調風器進入二次風的不足。如此，不但可以使火焰區(qū)擴大，同時也使爐溫趨于均勻并適當降低。爐溫降低，十分有利于抑制和減少 NOx的生成，這是采取分級燃燒技術的主要目的。爐溫降低，也有利于防止高溫區(qū)的結渣，但或多或少影響了燃燒效率的提高。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 燃油爐燃用的燃料油，除了由輸油管直接輸送外，一般是由火車、汽車或油輪運抵鍋爐房油庫。燃油爐的供油系統(tǒng)，指的是運抵后燃料油的貯存、處理，直至送到鍋爐油燃燒器的所有設備及其管道系統(tǒng)，包括 儲油罐、日用油箱、油的過濾和加熱裝置、卸油和供油油泵 等。 鍋爐的燃燒設備 燃油爐的供油系統(tǒng) 單元 3 燃料與燃燒設備 燃用不同的燃料油，因油品特性的不同其供油系統(tǒng)的組成也有所不同。對于輕油，它無須進行加熱，省去了一整套加熱設備，供油系統(tǒng)比較簡單。 如圖 ，輕油由汽車油罐車靠自流下卸到地下儲油罐后，由供油泵升壓并通過輸油管道送至設置在鍋爐房內的日用油箱。日用油箱通常置于高位，輕油借自重流至燃燒器，經燃燒器內部的油泵加壓后一部分通過噴嘴噴入爐膛燃燒，另一部分輕油則返回日用油箱。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 對于燃用重油的供油系統(tǒng)， 如圖 ，因重油黏度大，必須對其預熱降黏，比輕油系統(tǒng)需增設幾套加熱裝置。通常，在卸油罐和儲油罐中設置蒸汽加熱裝置，在日用油箱中設置蒸汽加熱裝置和電加熱裝置。在鍋爐冷爐點火啟動時，由于沒有蒸汽而采用電加熱，當鍋爐點火成功并產生蒸汽后立即切換為蒸汽加熱。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 對黏度高的重油，除裝置在日用油罐中的一次加熱器將油加熱到供油工作所要求的適宜黏度對應的溫度外，重油被供油泵送至爐前加熱器 —— 二次加熱器再次加熱，以滿足鍋爐油噴嘴霧化的需要。如此，經二次加熱的重油主要供鍋爐燃用，另外一部分則沿循環(huán)回油管路流回日用油罐。由于回油溫度很高，有時可達 130～ 140℃ ，隨高溫油不斷回流，日用油罐中的重油溫度將逐漸升高。為了防止罐內油溫超過供油泵所允許的最高工作溫度以及因油溫過高而發(fā)生重油溢出 —— 冒罐事故，在二次加熱前需接一次回油管路。通過裝置其上的一次回油調節(jié)閥適時調節(jié)供油量，以便控制高溫油的回油量。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 供油系統(tǒng)中，常采用雙母管供油，單母管回油。在回油母管上裝有自動調節(jié)閥，在每個燃燒器的支管上裝有針形閥，作為輔助調節(jié)閥和止回閥。輔助調節(jié)閥用以調節(jié)供鍋爐燃燒的油量和油壓，止回閥則用以防止燃油倒流。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 對大型鍋爐房的供油系統(tǒng)，外運來的燃料油由輸油泵送至儲油罐后，需要進行沉淀水分（脫水）和機械分離雜質處理。此外，還有一種帶有輕油點火系統(tǒng)的供油系統(tǒng)，即利用輕油不需加熱即可供燃燒器霧化燃燒的特性，為燃用重油的鍋爐房配置了輕油燃燒的輔助系統(tǒng)，供冷爐點火啟動之用。這種供油系統(tǒng)比單純燃用輕油或重油的系統(tǒng)均要復雜，操作要求也高，特別在輕油切換為重油時，很容易造成熄火。切換后，一定要注意保持重油油溫和適當調節(jié)風量，以使燃燒穩(wěn)定和正常運行。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 燃燒輕油的鍋爐燃油系統(tǒng) 單元 3 燃料與燃燒設備 鍋爐的燃燒設備 圖 燃燒重油的鍋爐供油和調節(jié)系統(tǒng)示意圖 單元 3 燃料與燃燒設備 燃氣爐啟動時，要求它能迅速而又可靠地點燃著火。燃燒工況一旦建立，則要求在爐膛空間里火焰仍保持穩(wěn)定燃燒?？梢哉f，氣體燃料的燃燒過程由著火和穩(wěn)定燃燒這兩個階段組成。 氣體燃料的著火方法有兩類。 一類是 將燃氣和空氣混合物預先加熱，達到某一溫度時便著火，稱 熱自燃； 另一類是 用電火花、灼熱物體等高溫熱源靠近可燃混合氣而著火、燃燒，稱為 點燃或點火 。事實上，這兩種起因不同的著火現象有時是無法互相分割的。 鍋爐的燃燒設備 燃氣爐 氣體燃料的燃燒 單元 3 燃料與燃燒設備 氣體燃料在民用和工業(yè)燃燒裝置中燃燒時，會形成不同結構和形狀的火焰，各自滿足不同的需要。一般來說，這些不同的火焰是由于氣體燃料與空氣的混合方式的多樣化而形成的。據此，氣體燃料的燃燒要分為三類，即 擴散式燃燒、部分預混式燃燒和完全預混式燃燒 。 1. 擴散式燃燒 氣體燃料沒有預先與空氣混合，燃燒所需的空氣依靠空氣擴散作用從周圍空氣中獲得，這種燃燒方法稱擴散式燃燒，此時一次空氣的過量空氣系數 α1=0。擴散式燃燒的燃燒速度和燃燒完全程度主要取決于燃氣與空氣分子之間的擴散速度和混合的完全程度。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 當燃氣出口速度小，氣流處于層流狀態(tài)時，分子擴散緩慢而燃燒的化學反應速度很快，呈現其火焰長而厚度很小的特點，燃燒速度取決于空氣的擴散速度。當燃氣流量逐漸增加時，火焰中心的氣流速度也隨之增大，直至氣體狀態(tài)由層流轉變?yōu)槲闪?。此時，火焰本身開始擾動，提高了擴散速度和燃燒速度，火焰長度縮短。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 擴散式燃燒的特點是 燃燒穩(wěn)定，熱負荷調節(jié)范圍大，不會回火，脫火極限也高。其次，它的過量空氣量大，燃燒速度不高，火焰溫度低。對燃燒碳氫化合物含量高的燃氣，在高溫下因火焰面內氧氣供應不足，各種碳氫化合物熱穩(wěn)定性差，分解溫度低而析出炭黑粒子，會造成氣體不完全燃燒損失。此外，層流擴散的燃燒強度低，火焰長，需要較大的燃燒室，也即增大了爐膛的體積。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 2. 部分預混式燃燒 燃氣與燃燒所需的一部分空氣預先混合而進行的燃燒，稱為部分預混式燃燒，也稱大氣式燃燒。此時，它的一次空氣系數為 0α11。燃燒速度取決于化學反應強烈程度和火焰?zhèn)鞑ニ俣?，與燃氣和空氣之間的擴散與混合速度無關。 根據燃氣與空氣混合物出口速度不同，可形成 部分預混層流火焰和部分預混紊流火焰 。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 部分預混層流火焰結構，由內焰、外焰及其外圍不可見的高溫區(qū)組成。首先，一次空氣中的氧與燃氣中的可燃成分在內焰反應，稱為還原火焰或預混火焰。處于外焰的是一氧化碳、氫及其中間產物與周圍空氣發(fā)生氧化反應，稱氧化火焰或擴散火焰。如果二次空氣和溫度等其他條件滿足要求，則在此區(qū)域完全燃燒產生二氧化碳和水蒸氣。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 部分預混紊流火焰結構與層流火焰相比，其長度明顯縮短，而且頂部較圓，可見火焰厚度增加，火焰總表面積也相應增大。當紊流程度很大時，焰面將強烈擾動，氣體各個質點飛離焰面，最后完全燃盡。這時，焰面由許多燃燒中心組成一個燃燒層，其厚度取決于在該氣流速度下質點燃盡所需的時間。 部分預混式燃燒的特點是： 由于燃燒前預混了部分空氣，克服了擴散式燃燒的某些缺點，提高了燃燒速度，降低不完全燃燒損失；另外，當一次空氣系數適當時，這種燃燒方式有一定的燃燒穩(wěn)定范圍，隨一次空氣系數的增大，燃燒穩(wěn)定范圍變小。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 3. 完全預混式燃燒 燃氣與燃燒所需的全部空氣預先進行混合，也即 α1≥1，瞬時完成燃燒過程的燃燒方式，稱為 完全預混式燃燒 。因它的火焰很短，甚至看不見，所以又稱無焰燃燒。 為保證完全預混式燃燒的完好進行，首先是燃氣與空氣在著火前應預先按化學當量比混合均勻，其次是要有穩(wěn)定可靠的點火源。通常，點火源是熾熱的爐膛內壁、專門設置的火道、高溫煙氣形成的旋渦區(qū)或其他穩(wěn)焰設施。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 專門設置的火道對完全預混式燃燒過程的影響至關重要，它不僅能夠提高燃燒的穩(wěn)定性，增加燃燒強度，而且可以促成迅速燃盡。一般來說，燃氣和空氣混合物進入灼熱發(fā)紅的火道，迅即著火燃燒。隨氣流的擴大，在轉角處會形成旋渦區(qū)，高溫煙氣在此旋轉循環(huán)流動。如此，灼熱的火道壁和高溫的循環(huán)旋轉煙氣又成為繼續(xù)燃燒的高溫點熱源。此刻，火紅灼熱的火道壁，幾乎不見火焰。假若火道足夠長，火焰將充滿火道的整個斷面，燃燒穩(wěn)定。顯而易見，如果火道壁面溫度不高，火道就失去了點燃可燃混合物的能力，所以燃氣爐的燃燒室必須要有良好、可靠的保溫措施。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 實踐表明，完全預混式燃燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，火道的容積熱負荷很高，可達 100～ 200MJ/（ m3h）或更高，并且能在很低的過量空氣系數（ α=～ ）下達到完全燃燒，幾乎不存在氣體不完全燃燒損失。但火焰穩(wěn)定性差，易發(fā)生回火。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 原來在燃燒器噴口之外的火焰縮回到燃燒器內部燃燒的現象，稱為 回火 ，是火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂诨旌蠚怏w流速的結果。為了防止回火現象發(fā)生，必須保證燃燒器中的流速不能過低，而且其出口截面上的氣流速度分布還要盡量均勻，有時也采取在燃燒器管口上加裝水冷卻套的措施來局部降低氣流的溫度，從而達到降低火焰?zhèn)鞑ニ俣龋苊饣鼗鸬哪康?。反之，如果預混可燃氣體在燃燒器出口處流速過高，就容易發(fā)生火焰被吹熄的燃燒不穩(wěn)定（脫火）現象，這也是需要注意和防止的。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 氣體燃料主要通過燃燒器燃燒釋放熱量而服務于用戶。熱用戶有工業(yè)、商業(yè)和家庭等，熱用戶不同，對燃氣燃燒的溫度、火焰形狀以及過量空氣系數等都有各不相同的要求。因此需要各種類型的燃氣燃燒器，才能滿足不同的使用要求。 1. 燃氣燃燒器的分類 燃氣燃燒器類型很多，有多種分類方法，其中常用的是按燃燒方式、空氣供應方式和燃氣壓力進行分類。 鍋爐的燃燒設備 燃氣燃燒器的分類與要求 單元 3 燃料與燃燒設備 （ 1）按燃燒方式分類 ①擴散式燃燒器 燃燒所需的空氣不預先與燃氣進行混合，也即一次空氣系數為零（ α1=0），燃氣燃燒完全靠二次空氣。 ②部分預混式燃燒器 燃燒所需的空氣中部分與燃氣預先進行混合，一次空氣系數一般為 ～ （ α1=～）。 ③完全預混式燃燒器 燃燒所需的空氣全部與燃氣預先進行混合，一次空氣系數等于過量空氣系數，為 ～（ α1=α=～ ），燃燒過程中不需要二次空氣。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 （ 2）按空氣供給方式分類 ①引燃式燃燒器 空氣被燃氣的射流吸入或燃氣被空氣射流吸入。 ②鼓風式燃燒器 用鼓風設備將空氣送入燃燒系統(tǒng)。 ③自然引風式燃燒器 依靠爐膛中的負壓將空氣吸入燃燒系統(tǒng)。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 （ 3）按燃氣壓力分類 ①低壓燃燒器 燃氣壓力 ≤5000Pa。 ②高（中）壓燃燒器 燃氣壓力 5000～ 3 105Pa。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 2. 對燃氣燃燒器的要求 燃燒器是用以組織燃氣燃燒過程并將化學能轉變?yōu)闊崮艿难b置，性能質量的優(yōu)劣將直接影響燃氣爐（灶）等設備工作的可靠和安全。因此，在選用或設計燃燒器時， 必須注意并要求其達到以下幾點： ①滿足加熱設備所需的熱量和燃燒熱強度，即具有一定的熱負荷能力。 ②符合加熱工藝要求，要具有所需的火焰特性（火焰形狀、尺寸，發(fā)光強度，燃燒溫度）和爐內氣氛特性（氧化性、還原性或中性）。 鍋爐的燃燒設備 單元 3 燃料與燃燒設備 ③燃燒穩(wěn)定，在燃氣壓力、熱值波動和負荷調節(jié)的正常范圍內，不發(fā)生脫火和回火現象。 ④燃燒效率高，熱量得以充分利用，經濟性好。 ⑤燃燒器應配備有必要的自動調節(jié)和自動安全保護裝置。 ⑥燃燒產物中的有害成分如 NOx和 CO含量低，同時燃燒器工作時噪聲小，有利于保護環(huán)境。 誠然，燃氣燃燒器工作的好壞除了自身的結構和性能外，與它的安裝