【正文】 的熱量。時(shí)間越短，說(shuō)明反應(yīng)速度（燃燒速度）越快。所以加熱爐爐膛的冷熱程度對(duì)燃燒有直接影響。一、燃燒所需空氣量和生成的煙氣量上述燃燒的例子表明，一定的可燃物質(zhì)總是與一定的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，而且其生成物也是一定的，就是說(shuō)燃燒反應(yīng)是按規(guī)律進(jìn)行的。空氣中的氧氣含量是基本不變的，即占容積的21%，其余79%基本是氮?dú)?。如果這個(gè)空氣量正好將可燃物燃盡（既不多，也不少，稱為理論或完全燃燒），這個(gè)空氣量就稱之為理論空氣量，通常用符號(hào)表示；相應(yīng)生成的煙氣量就稱之為理論煙氣量，通常用符號(hào)表示。實(shí)際操作中，不可能把燃燒組織得燃料與空氣量那么恰到好處。通常將實(shí)際空氣量與理論空氣量之比稱之為過(guò)?？諝庀禂?shù)。由此，實(shí)際的煙氣量也就會(huì)大于理論煙氣量了。如上述的氫和甲烷的理論空氣量和煙氣量計(jì)算就是：這種精確計(jì)算在鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算中是不可缺少的。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式列于表3—9中。二、燃油的燃燒方式燃燒是以可燃物的分子與氧分子接觸（碰撞）化合而實(shí)現(xiàn)的。這種組織燃料和空氣充分混合以進(jìn)行燃燒的技術(shù)就稱為燃燒方式或方法，其裝置就是燃燒器。（一）燃油的霧化圖3－5是一個(gè)敞口容器中燃油和油滴的燃燒情況。這表明油的燃燒過(guò)程是：蒸發(fā)—混合—著火—燃燒。但從燃燒過(guò)程的四個(gè)階段可以看出，提高燃燒速度的關(guān)鍵是加快油的蒸發(fā)與混合。如果將1kg的油團(tuán)成一個(gè)球（設(shè)p＝1000kg/m3）。也就是蒸發(fā)速度提高了2469倍。這種將燃油粉碎成細(xì)小的油粒并在空氣流中彌散成油的霧炬的過(guò)程稱為“霧化”。如將油霧與空氣充分混合，就為著火燃燒創(chuàng)造了條件。（二）霧化器的種類為實(shí)現(xiàn)霧化，就必須給油施加能量。這主要是其霧化的油粒細(xì)度適宜鍋爐的燃燒，霧化所耗能量小，并且無(wú)噪聲，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作方便，同時(shí)易于與空氣取得良好的混合和實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程的自動(dòng)控制。其霧化原理是：經(jīng)油泵升壓的燃油從分油嘴通過(guò)霧化片的切向槽切向進(jìn)入旋渦室并劇烈旋轉(zhuǎn)。噴出的油膜由于失去噴口壁的約束急劇擴(kuò)張減薄而破裂；途中又與空氣相互碰撞，最終成為細(xì)小的油?！F化，如圖3—7。圖3—8表示出兩種簡(jiǎn)單壓力霧化的噴嘴結(jié)構(gòu)，其中(a)多用于整體式燃燒器，其噴油量一般較小；(b)多用于分體式燃燒器，其噴油量可達(dá)1000kg/h以上。圖3—9是一個(gè)噴孔直徑為2．5mm的調(diào)節(jié)實(shí)例：由調(diào)節(jié)特性可知：當(dāng)噴油量由280kg/h增到560kg/h時(shí)，其進(jìn)油壓力由1. OMPa升高到4. OMPa，也就是噴油量調(diào)節(jié)比為1:2時(shí)，其壓力升高值為1:22=1:4。如果將調(diào)節(jié)比提高到1:3，則其油壓比就達(dá)1:9。因此，簡(jiǎn)單壓力霧化的調(diào)節(jié)比一般都不超過(guò)1:2，如果將小流量的壓力降低以降低大流量的壓力從而增大調(diào)節(jié)比，實(shí)驗(yàn)表明：，燃油的霧化顆粒就急劇增大，燃燒工況立即惡化。為適應(yīng)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要，特別是工業(yè)鍋爐要求調(diào)節(jié)范圍大，并發(fā)揮簡(jiǎn)單壓力霧化調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，就出現(xiàn)了多噴嘴的所謂“二段（又稱級(jí)）”或“三段式調(diào)節(jié)”，并有所謂的“二段”或“三段滑動(dòng)式”調(diào)節(jié)。顯然，這種多噴嘴的組合可在進(jìn)油壓力基本不變，保證霧化質(zhì)量的情況下擴(kuò)大簡(jiǎn)單壓力霧化的調(diào)節(jié)范圍。圖—11(a)是這種噴嘴的結(jié)構(gòu)。當(dāng)不需噴油時(shí)（如預(yù)吹掃期間），由于系統(tǒng)（b)的電磁閥8是常開(kāi)閥，來(lái)油經(jīng)此閥流回油箱，活塞3在彈簧4的作用下將閥針推向霧化片1而將噴孔堵住。如果改變閥針與噴孔的相對(duì)位置，則油的流通截面發(fā)生變化。如果將組合噴嘴中的一個(gè)變?yōu)橹?，如圖（C），則組合噴嘴就變成二（或三）級(jí)，而噴油量又可借助滑動(dòng)噴嘴5進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)的所謂滑動(dòng)式調(diào)節(jié)了。于是出現(xiàn)了回油壓力噴嘴。其原理如圖3—12 (a)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖3—12 (b) 。由于進(jìn)油量（壓力）不變，燃油在旋渦室中的旋流速度也基本不變，因此其霧化質(zhì)量基本不受回油（噴油）量的影響。如果將鍋爐負(fù)荷參數(shù)作為信號(hào)指令來(lái)控制回油調(diào)節(jié)閥，并通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)與風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置聯(lián)動(dòng)，鍋爐就可實(shí)現(xiàn)燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)了。轉(zhuǎn)杯式霧化的原理是：利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯（一般轉(zhuǎn)數(shù)為3000—6000r／min）所產(chǎn)生的離心力，使送到杯中的燃油沿杯壁形成油膜并向外流動(dòng)飛出而霧化，如圖3—14。但由于屬高速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，其軸承、皮帶等易于損壞。進(jìn)口燃燒器也只有個(gè)別廠商有少量產(chǎn)品銷售使用。附加介質(zhì)常稱“霧化劑”。介質(zhì)霧化噴嘴的形式很多，按霧化劑壓力還可分為高、中、低壓三種；按霧化劑與燃油相遇在噴頭內(nèi)部或外部又分為外混合式和內(nèi)混合式，以及中間混合式等。圖315是現(xiàn)在采用較多的一種蒸氣霧化噴嘴，由于燃油與蒸氣呈“Y”形交混，因此一般都稱為“Y”型蒸氣霧化器或噴嘴。Y形噴嘴的霧化參數(shù)一般為：～，～,～。為取得良好的霧化效果，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為氣孔直徑、油孔直徑、混合孔數(shù)量、直徑和長(zhǎng)度，以及油氣孔軸線夾角都必須經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定。燃?xì)獾娜紵^(guò)程是：燃?xì)馀c空氣混合—著火—燃燒。為此，應(yīng)當(dāng)使燃?xì)夂涂諝獗M可能地互相摻混，其措施是將整股燃?xì)夥譃槿舾尚」扇細(xì)馊鐖D3—16，并使空氣在小股氣流中穿流擴(kuò)散。由于混合在燃?xì)馊紵髦姓加兄匾匚?，所以通常以燃?xì)夂涂諝獾幕旌戏绞綄⑷細(xì)馊紵鞣譃椋簲U(kuò)散式、半預(yù)混式和全預(yù)混式三類。如果將燃燒所需空氣的一部分或全部預(yù)先混入燃?xì)庵性賴姵鼍头Q為預(yù)混式。一次空氣量與供給燃燒所需的全部空氣量之比，就稱為一次空氣系數(shù)，并以符號(hào)α1表示；反之，燃?xì)夂涂諝飧髯灾苯訌膰娮旌惋L(fēng)道進(jìn)入爐膛就稱為擴(kuò)散式。與一次空氣相對(duì)應(yīng)，這種在燃燒器出口后才與燃?xì)饣旌系目諝饩头Q為二次空氣。圖319是自然引風(fēng)擴(kuò)散式燃燒器的示意圖。圖3—20是鼓風(fēng)式擴(kuò)散燃燒的示意圖。以上兩種燃燒器的燃?xì)饬枯^小，一般不大于300Nm3 /h。①中心進(jìn)氣燃燒器，如圖321 (a),燃?xì)夥至髌魑挥谌紵髦行?，燃?xì)庾灾行墓芏瞬啃】讎姵?；調(diào)風(fēng)器屬旋流式（見(jiàn)“五調(diào)風(fēng)器”）。②周邊進(jìn)氣燃燒器，如圖322 (a)。這種燃燒器的燃?xì)饬髁靠蛇_(dá)2000m3/h左右。燃?xì)鈴墓夤苓M(jìn)入環(huán)形配氣箱（管），配氣箱再將燃?xì)夥峙涞蕉喔ū緢D為6根）燃?xì)夥至鞴埽▏姌專?，從管端以徑向和切向兩個(gè)方向噴出，形成旋轉(zhuǎn)燃?xì)饬?；空氣則從槍間直流噴出。半預(yù)混式燃燒，如圖3—24所示。因?yàn)橐淮慰諝馐且揽咳細(xì)獾囊渥饔枚鴱拇髿庵幸氲?，所以這種燃燒方式又稱為大氣式或引射式燃燒。簡(jiǎn)單的引射管就是直管，但混合性能差。經(jīng)混合的燃?xì)馀c空氣的混合物從引射管端部的火孔（常稱燃燒頭）流出而燃燒，同時(shí)與二次空氣混合。所不同的就是燃?xì)庖淙胍涔艿囊淮慰諝獠皇且徊糠?，而是全部燃燒所需的空氣量（即? ≥)o由于燃?xì)夂涂諝庠趪姵銮耙殉浞只旌希匀紵龝r(shí)基本沒(méi)有輪廓明顯的火焰，因而又稱無(wú)焰式燃燒。（見(jiàn)表3—22）表3—22幾種燃?xì)馊紵鞯奶攸c(diǎn)燃燒方式主要特點(diǎn)擴(kuò)散式燃燒一次空氣系數(shù)α1=0，要求有較大的燃燒室，可設(shè)計(jì)成各種形式結(jié)構(gòu)適應(yīng)各種燃?xì)猓{(diào)節(jié)性好，在各種形式的鍋爐上均可采用。如圖325和圖3—26。五、調(diào)風(fēng)器（配風(fēng)器）如上所述，為了使燃油和燃?xì)獾玫胶玫娜紵仨殞⑷加挽F化，將燃?xì)夥至?。所以在燃燒器中，都設(shè)有用來(lái)調(diào)節(jié)空氣流的分布、加強(qiáng)燃料與空氣的混合、并可以調(diào)節(jié)火焰形狀的裝置，就是調(diào)風(fēng)器或配風(fēng)器。按產(chǎn)生氣流的特點(diǎn)，調(diào)風(fēng)器可分為直流式和旋流式兩種。這種調(diào)風(fēng)器的原理是使空氣流以較高的速度穿入燃料和火焰之中，從而強(qiáng)化空氣的擴(kuò)散，達(dá)到與燃料的良好混合，如圖327。圖3—28和圖329的中心管（油槍或氣噴嘴套管）端部都各有一個(gè)葉輪（或錐形體）。因?yàn)槿紵鬟\(yùn)行時(shí)，如果空氣量增大，就會(huì)使風(fēng)速增高；而高風(fēng)速有可能導(dǎo)致噴嘴的脫火或爐膛熄火，這是非常危險(xiǎn)的。如圖3—30。為使回流區(qū)的燃燒不缺氧，在“鈍體”上一般都開(kāi)有隙孔，以此來(lái)供給火焰根部少量的空氣。直流式調(diào)風(fēng)器形成的火焰一般呈細(xì)長(zhǎng)形狀。其結(jié)構(gòu)型式有蝸殼式，切向葉片式和軸向葉片式等，如圖3—31，圖3—32和圖3—33。圖3—33軸葉片式調(diào)風(fēng)器 圖3—34葉輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)回流為適應(yīng)負(fù)荷變化，供給噴嘴出口適量的空氣（特別是對(duì)油的燃燒，如果火焰根部缺氧，就會(huì)造成碳?xì)浠衔锏臒岱纸舛a(chǎn)生碳黑）以及冷卻中心管等，通常也在油槍端部裝設(shè)“鈍體”（對(duì)燃?xì)馊紵饕话憧刹辉O(shè)“鈍體”）。六、燃燒器的點(diǎn)火燃料著火燃燒必須要有一定的溫度。從燃油和燃?xì)獾娜紵^(guò)程已知，燃油的燃燒要先將油蒸發(fā)成油蒸氣，而燃?xì)鈩t沒(méi)有這一過(guò)程。也就是燃?xì)獾狞c(diǎn)火比燃油要容易得多。這幾種點(diǎn)火源都可直接用于燃?xì)獾狞c(diǎn)火，其中以電火花點(diǎn)火用得最為普遍。如圖3—35。自動(dòng)點(diǎn)火實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)容量很小的電火花點(diǎn)火的氣體燃燒器，它是用電火花點(diǎn)燃可燃?xì)怏w，然后再用此火焰將主燃燒器的燃料點(diǎn)燃。各種燃燒器的點(diǎn)火能量和點(diǎn)火方式，要根據(jù)燃料性質(zhì)和燃燒器容量進(jìn)行設(shè)計(jì)配制。一、爐型及分類選用火筒式加熱爐系指在臥式金屬圓筒殼體內(nèi)，設(shè)置火筒傳遞熱量的一種加熱爐?；鹜彩介g接加熱爐系指被加熱介質(zhì)在殼體內(nèi)的盤(pán)管中，由中間載熱介質(zhì)加熱盤(pán)管中的介質(zhì)，而中間載熱介質(zhì)由火筒直接加熱的火筒式加熱爐；中間載熱介質(zhì)通常為水時(shí)，簡(jiǎn)稱水套爐?；鹜彩腔鸸芎蜔煿艿目偡Q?；鹜彩郊訜釥t被加熱介質(zhì)為原油、天然氣和生產(chǎn)用水，使用的燃料為液體或氣體燃料?；鹜彩郊訜釥t分類：：⑴.油、氣井口水套加熱爐。⑵.計(jì)量站雙盤(pán)管水套加熱爐。殼內(nèi)熱水供值班房采暖。對(duì)進(jìn)站液量加熱外輸，殼內(nèi)熱水自然循環(huán)供室內(nèi)采暖及油雛保溫。對(duì)來(lái)油加熱沉降、分離，含水油加熱脫水，凈化油加熱外輸。被加熱介質(zhì)為油、氣水或它們的混合物。主要用于氣井井口、集氣站、輸氣干線等。用于原油集輸三管伴熱流程、熱水回注、污水加熱等。燃料為油井氣或氣層氣。⑵.燃油水套加熱爐。⑴.負(fù)壓燃燒水套加熱爐。⑵.正壓燃燒水套加熱爐?；鹜彩郊訜釥t選用：當(dāng)被加熱介質(zhì)屬于下列情況之一者，宜選用水套爐：⑴天然氣；⑵稠油；⑶流量和壓力不穩(wěn)定；⑷腐蝕性強(qiáng)；⑸油氣混合物；不符合上述介質(zhì)條件者宜選用火筒式直接加熱爐，即火筒爐；當(dāng)介質(zhì)條件都符合兩種爐型要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用火筒爐。二、火筒式加熱爐設(shè)計(jì)一般要求(1)火筒式加熱爐設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確以下工藝條件和數(shù)據(jù)：(a)被加熱介質(zhì)種類、密度、比熱容、粘度、介質(zhì)流量（包括最大、最小流量）、油氣比和含水率；被加熱介質(zhì)在進(jìn)出口處的操作溫度、操作壓力及允許的壓力降；(b)燃料的種類、元素組成、溫度、壓力、密度、粘度及燃料油霧化劑的種類、溫度和壓力等；(c)使用地區(qū)的基本風(fēng)壓值、地震設(shè)防烈度、場(chǎng)地土類別、雪載荷、大氣壓力、風(fēng)速和大氣溫度等；(d)環(huán)境保護(hù)要求和其他數(shù)據(jù)。(3)設(shè)計(jì)溫度，系指火筒式加熱爐在正常工作過(guò)程中，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下殼壁或部件金屬可能達(dá)到的最高溫度。設(shè)計(jì)溫度一般可按下列規(guī)定確定：(a)不受火焰輻射熱和不與熱煙氣接觸的受壓部件，設(shè)計(jì)溫度應(yīng)不低于該元件所接觸的介質(zhì)最高溫度；(b)熱煙氣接觸的受壓部件（不包括火筒），其設(shè)計(jì)溫度為部件接觸的被加熱介質(zhì)的最高溫度加50℃，且不低于250℃；(c)火筒設(shè)計(jì)溫度不應(yīng)低于250℃。(5)火筒式加熱爐熱效率應(yīng)符合下列規(guī)定：(a)殼體散熱損失不應(yīng)大于2%；(b)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷小于630kW時(shí)，η≥75%；(c)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷大于或等于630kW時(shí)，η≥80%。(b)。(d)～。(7)火筒式加熱爐受熱面熱強(qiáng)度：(a)受熱面平均熱強(qiáng)度推薦值：火筒爐：介質(zhì)為清水或污水時(shí)：18kW/ m2～22kW/ m2； 介質(zhì)為原油時(shí)：15kW/ m2～18kW/ m2。(b)受熱面最大熱強(qiáng)度推薦值：火筒爐應(yīng)不大于31 kW/ m2；水套爐應(yīng)不大于37kW/ m2。(9)為了防止產(chǎn)生低溫腐蝕，應(yīng)合理選取排煙溫度（包括最低熱負(fù)荷），燃?xì)饣鹜彩郊訜釥t，排煙溫度應(yīng)不低于下列規(guī)定：(a)氣體燃料不含硫，煙囪不保溫時(shí)為120～150℃；(b)%～%（體積）時(shí)： —煙囪不保溫150～210℃； —煙囪保溫120～180℃。(b)強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)取12m/s～20m/s，在最低熱負(fù)荷時(shí)不低于5m/s。(12)煙囪高度除了滿足克服煙氣流程的有關(guān)阻力要求外，還必須符合國(guó)家或地區(qū)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。(14)火筒式加熱爐設(shè)計(jì)壽命，除有特殊要求外，一般按10年考慮?；鹜矤t的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4—1。水套加熱爐由以下幾部份組成，見(jiàn)圖41。煙管也叫對(duì)流段，其作用是將燃燒產(chǎn)物—煙氣熱量以對(duì)流傳熱方式傳遞給中間媒介水。(2)加熱盤(pán)管加熱盤(pán)管是對(duì)被加熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的中間傳熱元件，介質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)換熱。(3)殼體殼體類似鍋爐的鍋筒（鍋殼），其作用是將火筒煙管與加熱盤(pán)管組合為一個(gè)有機(jī)的整體，構(gòu)成一座完整的加熱設(shè)備。(5)煙囪燃料燃燒及其產(chǎn)物，沿火筒煙管流動(dòng)傳熱時(shí)，要產(chǎn)生一定的流動(dòng)阻力，煙囪提供一定抽力，部份或全部克服上述流動(dòng)阻力，保證加熱爐正常燃燒、運(yùn)行，同時(shí)將燃燒產(chǎn)物（煙氣）導(dǎo)向排放。(7)儀表及安全附件附件包括安全閥、壓力表、液位計(jì)等。水套爐基本結(jié)構(gòu)如圖4—2所示。加熱爐殼體封頭一般采用橢圓封頭?；鹜矤t應(yīng)在火筒下部設(shè)置介質(zhì)分配裝置，使介質(zhì)分配均勻，同時(shí)可在殼體上部設(shè)置介質(zhì)收集裝置?；鹜布訜釥t殼體上應(yīng)開(kāi)設(shè)必要的人孔、手孔和檢查孔，其數(shù)量應(yīng)根據(jù)安裝、檢查、檢修和清掃的要求確定?；鹜彩郊訜釥t宜采用U形火筒，也可采用其他型式的火筒。U形或類似結(jié)構(gòu)型式的火筒應(yīng)有可靠的固定裝置，以保證火筒不產(chǎn)生非軸向位移，且不得限制火筒的自由膨脹。水套爐的加熱盤(pán)管一般采用蛇形管，為了在有限的空間內(nèi)，增加盤(pán)管換熱表面積，其直徑不宜大于DN100；在加熱礦化度較高或雜質(zhì)含量較高、或懸浮物較多的介質(zhì)時(shí)，加熱盤(pán)管應(yīng)充分考慮被加熱介質(zhì)的結(jié)垢和雜質(zhì)懸浮物在管內(nèi)沉積的因素，其直徑不宜小于DN40。加熱盤(pán)管可采用單管程或多管程，在多管程盤(pán)管設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能使各管程的壓力降相等；匯管截面積與各管程截面積和之比，當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)為液體時(shí)，應(yīng)為1～，當(dāng)為氣體時(shí)，應(yīng)不小于1。第二節(jié) 管式加熱爐基本結(jié)構(gòu)油田及長(zhǎng)輸管線用管式加熱爐基本結(jié)構(gòu)形式。管式爐主要由輻射加熱室（簡(jiǎn)稱輻射室或爐膛）和對(duì)流加熱室（簡(jiǎn)稱對(duì)流室）兩部分組成。油田管式爐按輻射段的結(jié)構(gòu)形式和布置形式分為立式圓筒管式加熱爐（輻射