4th天然氣鍋爐燃燒器的設計

緒論我國的能源結構和發(fā)展狀況能源，這是一個永遠不會休止的話題，每個時期人類的發(fā)展都離不開能源的利用。在19世紀，人類的發(fā)展剛進入化石燃料時代時，化石燃料的消耗量便開始迅速增加。最初，煤炭作為燃料的燃燒基本占據了整個市場。在20世紀20年代，石油和天然氣都得到了比較好的發(fā)展。從20世紀50年代開始，這個時代已逐漸進入以石油為主的時代。特別是第二次世界大戰(zhàn)后，石油和天然氣的開采和消費開始大幅增加，并以每年2億噸的速度繼續(xù)增長。盡管20世紀70年代出現了兩次石油危機，石油價格已經上漲，但相反的是石油消費量仍然穩(wěn)步上升。在這方面，世界的能源結構必須相應改變。隨著經濟和科技的發(fā)展，尤其是人類對生活質量和生活環(huán)境的日益增長的需求，石油和天然氣作為優(yōu)質，清潔的燃料和原料越來越受到關注。特別是天然氣相對于石油的開發(fā)和利用相對滯后，因此加速天然氣工業(yè)的發(fā)展已成為當今世界的趨勢。天然氣在世界能源結構中的份額將進一步增加。我國擁有著相當大儲量的石油和天然氣，石油和天然氣的開采也歷經了各個階段，已經進入成熟期。我國早期在提及到有關于石油和天然氣內容的，最早的時候在東漢班周所著的《漢書》被發(fā)現。在這本書里其中的一節(jié)地理志中有：“高努，有洧水可然”，高努也就是現在陜西省地區(qū)的一個地方，洧水，也就是清澗河。不僅如此，北宋時期著名的科學家沈括也曾在他寫過的著作上提及到了能夠用于燃燒的油，也就是石油。大概在公元前3世紀時，人們就發(fā)現了能夠作為燃料燃燒的氣體，正是天然氣。大約在古代漢朝左右，自從人們發(fā)現了蘊藏在四川自貢、富順和榮縣等地的天然氣后，天然氣的開采和利用逐漸進入人們的視線。明朝中期時，天然氣的使用早已家喻戶曉，人們通過自流井產生天然氣，再加以利用，在當時已經頗具規(guī)模了。在使用時還利用竹筒和木頭制作了輸氣管線，總長達二三百米。我國近代石油工業(yè)從清朝政府設置礦油局，并在1878年聘請國外鉆井技師購進石油機械鉆出第一口井起，到現在自身能夠勘探和開采石油和天然氣，已經過去了一個多世紀了。這么多年以來，我國的能源產業(yè)繼續(xù)保持著較快的速度發(fā)展，現在已成為世界上主要的能源生產國和消費國之一。我國是世界第一煤炭生產和出口大國，石油的生產量也位列世界第五的位置，但是天然氣方向上的發(fā)展仍為落后，生產出來的天然氣量僅僅排在世界的22位。天然氣產業(yè)發(fā)展相對滯后的情況，已經嚴重影響到我國的日常的消費和生產，因此我國高層領導開始著力改變這種情況。自20世紀80年代開始，我國就一直在加強對天然氣開發(fā)和利用，技術不成熟的方面引進國外先進的技術并采取一系列政策鼓勵創(chuàng)新，引導開發(fā)和利用天然氣，也因此取得了巨大的成果。隨著對天然氣展開的更大規(guī)?？碧?，一些隱藏在深處的大型油氣田逐漸被發(fā)現，一時間天然氣的儲備量呈現倍數增長，這樣的做法還加快了我國對天然氣利用效率上的發(fā)展。如今天然氣的市場需求量巨大，我國的天然氣產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，仍具有相當大的發(fā)展?jié)摿ΑＪ偷纳墒怯捎谇О倌陼r間沉積在地下的動植物的遺骸在地質運動等過程中發(fā)生緩慢的轉變，堆積形成的一層黑色的油脂狀液體。低等動、植物遺體中的脂肪、蛋白質和碳水化合物夾雜在一起，經過壓縮、缺氧等反應慢慢形成我們眼中熟悉的石油。石油中含有較多的烴類和非烴類化合物，其中膠狀瀝青狀物質就是非烴類化合物中含量最大的一種，這種膠狀物可分為中性膠質和瀝青質，中性膠質化學穩(wěn)定性差，受熱容易分解和聚合瀝青質加熱不發(fā)生融化，當被加熱到300℃以上時，開始分解，產生焦炭和氣體。目前我國最終的可采石油資源量為140×108t，其數量是巨大的但從人均占有量上來看，我國還是相對貧乏的國家，其人均石油資源量、人均石油產量和人均石油消費量大體上僅為界平均值的1/5~1/6。由于我國油品消費不斷增加，自烴類氣體是構成天然氣的重要組成部分，在天然氣中，80%～95％都是甲烷（CH4),它無色無味，密度小，容易揮發(fā)而消散在空氣中，并且擴散速度非常的快。當天然氣與空氣混合濃度大于5％時，混合氣體便變得危險和不穩(wěn)定，如果這時候遇到明火或者溫度達到它的燃點時將發(fā)生燃燒，在極小的空間內發(fā)生時甚至會發(fā)生強烈的爆炸，是可燃易爆的氣體。常壓下只要把溫度降低到162℃，天然氣的體積會發(fā)生巨大的收縮，緊接著天然氣便會發(fā)生液化，液化后的天然氣被稱為液化天然氣，它有專業(yè)的術語簡稱LNG。天然氣是一種非常的干凈的燃料，它的成分中極少含有硫、粉塵以及其他有害的物質成分，這奠定了它在如今追求環(huán)保節(jié)能的時代中承擔能源之中重要的角色的地位。而且天然氣燃燒時產生的二氧化碳明顯要比其他化石燃料產生的二氧化碳量少，不易對大氣造成溫室效應。地球上已被發(fā)現的天然氣在地殼下的儲量超過了140萬億立方米，雖然基礎儲量數值非常龐大，但是如果我們每年開采2萬多億平方米，僅僅只夠半個多世紀的人們使用。天然氣的使用無疑是非常簡單的，但是它的勘測、開采和利用卻需要巨大的人力物力進行，甚至開采的過程中還有相當的危險性，為此，對于天然氣產業(yè)來說，這仍需要進行大量的工作。有專家指出，我國國內范圍可以采用的天然氣資源里面，氣層氣有10.5億立方米，油田伴生氣大約有1億多立方米，一共加起來接近12億立方米。氣層氣和油田伴生氣均屬于常規(guī)型天然氣，而其它氣田氣井中生產的烴類氣體可以叫做非常規(guī)型天然氣。目前被人們公認的非常規(guī)型天然氣有煤層產生氣、水溶氣以及天然氣水合物，這些非常規(guī)型天然氣在我國內勘測發(fā)現的儲量不少，所以我國具有非常大的能源資源儲量以及廣闊的非常規(guī)型天然氣發(fā)展前景。通過這么多年來專家對天然氣進行的研究分析來看，天然氣中的主要成分甲烷它可以是有機生成的，也可以是無機合成的。在地球還沒有成型的時候，甲烷已經遍布充滿在了地球大氣的底層。近年來，火星的大氣層成分已經被證實為主要氣體是甲烷，還有許多星球上的大氣都存在著體積數量不少的甲烷，這些發(fā)現都很大程度上幫助了勘測產業(yè)的發(fā)展。另外，經過這些年深海潛航的探索和研究，發(fā)現了因為海底壓力過高的原因而產生的大量可燃冰，也就是液態(tài)甲烷，其蘊藏數量級非常巨大，足以支持整個人類能源供應十幾年。近二三十年有一種新興的能源，叫煤層氣，就如它的名字意義一樣，它產生自地殼中的煤層，是一種特殊的依附在煤炭層上的非常規(guī)型天然氣。它的成分與常規(guī)天然氣非常接近，在天然氣的使用中可以把兩種氣體混合運輸以及混合使用，即使混合了也不會呈現不穩(wěn)定狀態(tài)。煤層氣來源于煤層，我國又是產煤第一大國，因此我國的煤層氣儲量十分豐富。雖然成分基本相同，但是煤層氣的形成以及儲存都不有區(qū)別于常規(guī)天然氣。來自煤層的煤層氣有三種儲藏在地殼的狀態(tài)：第一是因為疏松多孔表面粗糙的緣故吸附在煤的表面，第二是在壓力的作用底下轉變成游離的狀態(tài)存在于煤的各個孔隙于地殼間隙之中；第三是以溶解狀態(tài)存在于礦藏水中。水溶氣也就是地層水（包括巖漿）中溶解的烴類氣體。在油氣生成的過程中，天然氣與地層水相互作用溶于水，在高壓條件下溶解量更大，可以形成有開采價值的水溶氣藏，因而形成了具有相當潛力的一種非常規(guī)天然氣資源。日本每年從地層水中開采約3×108m3的天然氣。前蘇聯(lián)學者曾估算前蘇聯(lián)含油氣盆地中總水溶氣量起過天然氣水合物是在特定條件下形成的冰狀固體甲烷，是一種水結晶的籠形結構絡合物，也稱甲烷水合物。其形成條件是低溫、高壓及甲烷氣達到飽和濃度。能源與環(huán)境問題煤、油、氣等燃料里都含有大量的碳，燃燒的過程中會釋放大量的含碳氧化物，如一氧化碳和二氧化碳等，除此之外還含有其他如硫等有害成分，燃燒后產生的有毒有害氣體會造成森林與農作物的生病與枯萎嚴重的還會使水土發(fā)生嚴重流失，從而惡性循環(huán)，繼續(xù)增加有害氣體在空氣中的占比。燃燒煤炭，尤其是不完全燃燒時產生黑煙，這時煤炭將會產生最多二氧化碳。與天然氣和石油相比，煤炭的產二氧化碳量是最大的，在統(tǒng)計中每年二氧化碳的排放里，煤炭產生的二氧化碳排放量基本能達到化石燃料的近一半。相反，天然氣就較為清潔，與傳統(tǒng)的燃料煤炭和石油相比，天然氣燃燒的理論產物幾乎只有二氧化碳以及水，沒有煤炭和石油成分中的硫、粉塵以及灰渣，廢氣排放的時候完全沒有粉塵生成，而且也不會產生二氧化硫導致大氣中酸性過強而導致酸雨等極端天氣。不僅如此，天然氣熱值高，同時燃燒效率高，狀態(tài)又是氣體，運輸和使用過程都非常方便，對環(huán)境造成的影響小，涉及天然氣的產業(yè)能夠減少投資并且產品生產速度快、產業(yè)鏈建設的周期大大縮短，天然氣的這些先天優(yōu)勢，無一都指向了新時代使用天然氣作為重要的能源供應源，積極地開發(fā)和利用天然氣也就成為了世界能源發(fā)展的指向標。如今我國許多大城市已經逐步淘汰以燃燒煤炭為主要燃料的中小型供熱供電企業(yè)，轉之以清潔的能源如天然氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料煤炭，使很多中大型城市的空氣污染問題得到一定的改善。但是雖然二氧化碳以及硫的排放量已經大為減少，但是氮氧化物的污染卻遲遲沒有得到緩解，這是因為即使使用了清潔的油、氣類燃料燃燒，其燃燒時產生的高溫還是會將空氣中的氮氣強行氧化而導致氮氧化物的生成，進而對環(huán)境造成影響。，正因如此，如今的燃料燃燒更加注重于降低氮氧化物的生成與排放，最典型的就有低NOx能源的消耗及需求西方發(fā)達國家生產的天然氣大部分用于工業(yè)，民用和發(fā)電，剩余的小部分用于化工原料的生產。而我國的天然氣大部分用于重工及化工產業(yè)，能源消費結構長期以來一直由煤炭主導。在20世紀70年代后期，國家還規(guī)定了向普通百姓供應劣質煤作為燃料燃燒的政策，劣質煤燃燒產生大量的煙氣也是造成早期大氣污染非常嚴重的源頭。當時生產化學原料時將天然氣用作燃料的占比將近五成。因此，我國的天然氣消費結構非常不平衡，直到這十幾年來天然氣逐漸進入民用的范圍才有所改善。造成這種問題的原因，其一是早起天然氣勘測技術不夠成熟，天然氣勘測及生產量低，其二是通過管道運輸時效率低、管道質量與維護的問題。據不完全統(tǒng)計，我國天然氣主要用于化肥和化工生產，占比68％，其他商業(yè)和民用燃氣約占12％，用于發(fā)電占13％左右。在國外大多數國家使用天然氣首先是為了滿足民用的需要。日本是一個礦產資源較少且需要進口商品能源的國家。因此，一方面，日本國調整能源消費結構，另一方面，注重保護和合理使用，發(fā)達國家居民和家庭的人均能源消耗量相對較低。2000年，每個家庭的能源用于加熱熱水的約占1/3，用于加熱和冷卻的占1/3，用于家用電器的占16％，用于烹飪的占17％左右。使用的能源主要是石油產品，電力和天然氣燃料，占總能源消耗的96.8％，煤炭消耗僅為0.2％。從世界范圍內來看，自1967年開始，石油（占40.4％）首次超過煤炭（38.8％）居第一位，表明人類進入了石油時代，至70年代中期達到最高（占40.4％),以后開始緩慢下降，但仍居主要地位，已連續(xù)30年領先于其它能源。石油是比較重要的戰(zhàn)略資源，石油資源擁有國和石油消費國分布不平衡，石油資源與生產集中在少數發(fā)展中國家，而石油消費又主要集中于西方發(fā)達國家。在石油出口中，中東始終占有重要地位，其出口量1945年只占世界石油出口量的37％，至1996年上升到45％。因此中東成為美國和西方大國爭奪的戰(zhàn)略要地，也成為當今世界軍事和政治沖突的頻發(fā)地區(qū)。煤炭在20世紀60年代占60％以上，以后逐年下降，1967年下降到38.8％，退居第二位，以后持續(xù)下降，1997年下降到26.7％，但仍居第二位。天然氣始終穩(wěn)步增長，由20世紀50年代的10％左右增至1997年的23.2％，居第三位。我國石油資源儲采比低，后備資源比較緊張。我國石油的最終可采儲量為140×108t，1997年探明可采儲量為55×108時至今日，天然氣的勘測與開采程度已經有較大提升，不過如今各國都對環(huán)境問題重視十分，天然氣作為清潔的傳統(tǒng)型化石能源有著成熟的發(fā)展生產產業(yè)鏈，民用市場需求量大，因此天然氣資源的利用仍有比較強力的發(fā)展?jié)摿?。隨著天然氣的利用普及，燃氣電站設備的制造技術非常重要，因為這涉及到天然氣的能量轉化以及能源利用效率。燃油燃氣鍋爐發(fā)展狀況國外比如西方發(fā)達國家的工業(yè)水平普遍較高，燃油燃氣鍋爐的發(fā)展在比較早的時候已經趨于成熟，其中鍋爐中的各個部件也進行了十分充足的研究。1960年之后，少量的鍋爐作為商品陸續(xù)被投入到國內。到了1970年，石油和天然氣市場大開，隨之燃油燃氣鍋爐也漸漸開始有了專業(yè)生產，產量也在不斷的增加，幾乎所有的鍋爐投放到油氣的開采與化工原料的制造企業(yè)上。此外，除少數從國外進口的產品外，其中大部分是燃煤鍋爐。之后的一段時間內，由于蘊藏在國內各個地區(qū)的油氣田陸續(xù)被勘測探明而進行開采工作，靠近這些油氣田的生產企業(yè)和事業(yè)單位開始使用一些中小型的燃油燃氣鍋爐。在這期間，有好幾家鍋爐生產企業(yè)專門研究燃油燃氣鍋爐，甚至轉變成專業(yè)制造燃油燃氣鍋爐。但是遺憾的是，當時我國的能源消耗主要還是以燃煤為主，所以燃油燃氣鍋爐的發(fā)展停滯了一段時間。最近這些年以來，由于石油天然氣行業(yè)大幅增加，這兩種化石燃料的開采工作比之以往要成熟先進，在國內中大型城市已經開始了普及民用天然氣等一系列舉措，又由于隨著環(huán)境問題日益嚴重下人們的環(huán)保意識越來越強，天然氣的使用非常符合我們當代人的生活理念，國家也對燃氣政策上進行了鼓勵和調整，這更加促進了燃油燃氣鍋爐的發(fā)展。我國生產燃油燃氣鍋爐最早的時候是在應用于發(fā)電廠中的電站鍋爐，當時人們日常生活所用的電能就是主要通過燃油鍋爐進行能量轉換的。除此之外，石油的生產、化工原料的生產也離不開燃油鍋爐。燃氣鍋爐主要燃用天然氣以及石油、化工、冶金行業(yè)生產的副產燃料氣，如石油伴氣，化工尾氣和高爐煤氣等。電站鍋爐容量比較大．一般采用水管鍋爐形式，負壓燃燒。后來我國提出以燃煤為主的發(fā)電鍋爐燃料消費政策，限制燃油和燃氣，很多燃油燃氣的發(fā)電鍋爐改燒煤。20世紀60年代中期，工業(yè)鍋爐行業(yè)開始設計生產小型燃油燃氣工業(yè)鍋爐。當時廣州鍋爐廠生產1.0t/h以下和天津鍋爐廠生產的2.0t/h全自動燃油鍋爐（1966年就曾開始設計）均以出口和援外為主。70年代初，天津鍋爐廠開始設計生產供石油、化工、輕工行業(yè)生產和生活用的6.5t/h以上的微正壓燃燒水管燃油鍋爐。重慶鍋爐廠立足于四川豐富的天然氣資源，開始設計生產燃氣鍋爐，該廠4.0t/h臥式內燃鍋殼式燃氣鍋爐于1976年通過技術和產品鑒定。燃燒器的分類及特點燃氣燃燒器的類型有非常多，每一種結構就很有可能對應著一種類型的燃燒器，但是有時候結構上貌似相差不多，但是就有可能其中所用到的燃燒方式又會不一樣，因此不能只用一種方法來將眾多的燃氣燃燒器進行分類，下面就按照工作方式、結構以及原理的不同來進行分類。按照燃燒方式進行分類擴散式燃燒器:該燃燒器就如其燃燒器的名字意義相近，所謂擴散，就是將火焰分散開來進行燃燒，而做到使火焰分散開燃燒的燃燒器就叫做擴散型燃燒器。通常來說，這種燃氣燃燒器都有許多噴孔，燃燒器中燃油從噴孔呈擴散的形態(tài)噴出與空氣混合，從而達到擴散燃燒的效果。而在擴散式燃燒器中，如果燃燒時所需的空氣需要外界外力供給才能進行燃燒而在空氣連接管間增加了鼓風機的話，這種燃燒器又分為鼓風式擴散燃燒器。而通常不需要配風機來幫助燃燒器供給空氣的常直接叫做擴散式燃燒器。擴散式燃燒器的特點非常明顯，結構清晰明了，制造工藝簡單，而且燃氣發(fā)生燃燒前不會跟空氣進行預先的混合。大氣式燃燒器:大氣式燃燒器中的大氣指的是燃燒器在燃燒的過程之中，由燃氣自身的流速引起的壓力變化帶動大氣中的空氣與燃氣進行相互混合，從而進行燃燒的一種燃燒器類型。它在結構上有兩個重要部分組成，分別是燃燒器的頭部和引射器。燃氣流經燃氣管道后通過引射器時燃氣與空氣進行一次預先的混合，混合之后再經由噴孔噴出進而燃燒。它的特點是與空氣進行半預先混合，空氣依靠燃氣吸入，不需要配備配風機，燃燒的火焰比較短，燃燒溫度高，火力強。完全預混式燃燒器:完全預先混合式燃燒器就如其名稱一樣，該燃燒器工作時會把燃氣與空氣進行完全的混合之后再通過噴孔進行燃燒。這種燃燒器的特點非常明顯，燃氣與空氣在燃燒前就已經充分混合，所以燃燒過程非常完全，基本不存在化學不完全燃燒的現象，但是缺點也同樣明顯，燃氣與空氣預先完成了完全混合，就容易造成回火，因而為了防止回火現象，完全預混式燃燒器的頭部通常設計的比較繁雜和笨重。按空氣的供給方法分類大氣式燃燒器:燃氣通過燃氣管道時,利用氣體流動時產生的壓強差原理，可以是空氣壓入可燃氣體，也可以是可燃氣體壓入空氣。它利用引射器噴射的動態(tài)壓力，圍繞引射器入口處的噴射流體，形成負壓區(qū)以吸取周圍的被引射流體，然后將兩者在引射器和混合器中混合，同時前進到燃燒器頭部進行燃燒?！八奶攸c是火焰短，燃燒溫度高，熱負荷調節(jié)范圍較寬，適應性強，可燃燒各種燃氣和低壓燃氣，燃燒安全，燃燒效率高，具有自動調節(jié)特性方便調節(jié)，不需要送風設備自然供風式燃燒器:依靠爐膛中的負壓將空氣吸入組織燃燒,通過爐子內部的負壓力將空氣引入爐膛中，然后燃氣以一定的速度進入燃燒管道，經過混合氣體噴口噴出后，和大氣中的氧氣發(fā)生化學反應從而燃燒，并形成擴散火焰。它的好處是可燃氣體著火容易，不容易出現回火現象，不需要配備鼓風設備，但它的不足是燃燒強度較低，可燃氣體有時候會出現不完全燃燒的情況。鼓風式燃燒器:用鼓風機等設備將空氣送入爐內組織燃燒,通過鼓風機器將空氣送人爐膛中，可燃氣體在燃燒前不與空氣接觸。它的優(yōu)點是結構緊湊，體形輕巧，占地面積小，火焰長短可以調節(jié)，能夠預熱燃氣和空氣，但它的缺點是燃燒室容積熱強度小，需配自動空氣—燃氣比例調節(jié)裝置。按燃氣壓力分類高(中)壓燃燒器:燃燒器中的燃氣壓力大于五千帕但是小于三十萬帕。低壓燃燒器:燃燒器中的燃氣壓力小于五千帕;擴散式燃燒器結構及其工作原理因為有自然引風和強制鼓風這兩種空氣供給方式，擴散式燃燒器也分為這兩種燃燒器。自然引風式擴散燃燒器的結構及工作原理通常鉆一排火孔或者蛇形布置交叉火控在銅管或者鋼管上,如圖1.1所示圖1.1直管式擴散燃燒器燃氣在一定壓力下進入管內,經火孔流出,依靠燃氣分子的擴散與空氣混合從而燃燒,形成擴散火焰。其工作原理是通過爐內的負壓將空氣吸入燃料系統(tǒng)。氣體在一定壓力下進入管道并從火孔中逸出，從周圍空氣中獲得氧氣，形成擴散火焰。它依靠自然泵送或擴散來供應空氣，并且預燃氣體和空氣不是預先混合的。根據不同的加熱過程和燃燒要求，可以將自然引風擴散器的形式制成各種形式，如：（1）圓環(huán)式燃燒器它的結構如圖1.2所示，特點是燃氣從燃氣管道流向噴孔時繞圓環(huán)流動，壓力分部均勻，燃燒時的火焰高度比較整齊。圖1.2圓環(huán)式燃燒器（2）管式燃燒器其特點是集氣管上焊接一根或者多根小火管。根據其燃氣通過管道的數量又分為單管式燃燒器（圖1.1）和多管式燃燒器（圖1.3）。圖1.3多管式燃燒器（3）沖焰式燃燒器如圖1.4所示，燃氣可以通過兩個管道，產生了兩種擴散火焰，并且火焰相互碰撞，氣流也隨之增強了擾動，改善氣體與空氣的湍流混合，從而達到提高燃燒穩(wěn)定性。兩股火焰的噴射夾角為～，兩個火管之間的中心距離約為火管外徑的兩倍。為了將氣體均勻地分布在每個火孔上，火孔的總面積必須小于進氣管的橫截面積。圖1.4沖焰式式燃燒器（4）縫隙爐床式擴散燃燒器如圖1.5所示，它主要在小型燃煤鍋爐改燃燒氣時應用。在爐篦上用耐火磚砌成一個合適尺寸的火道，即所調“縫隙”，將燃燒器安裝在縫隙中。這種燃燒器十分簡單，在一般管徑為40～100mm的管子（一端封）上，鉆夾角為90?～120?交叉排列的兩排火孔，由火孔噴出的燃氣碰到縫隙壁后，呈現湍流擴散燃燒，約在離開火孔20～40mm處著火，在0.5～1.0m處發(fā)生強烈燃燒。14圖1.5縫隙爐床式擴散燃燒器（5）多縫式燃燒器如圖1.6所示，這種燃燒器主要用于小于10t/h的負壓燃燒鍋爐，爐內應設置擋火墻以增強燃燒，燃燒所需的空氣被爐內的負壓吸入。氣體進入燃燒器殼體和內管之間的環(huán)形空間，并通過內管上的端口（通常為16至32個）進入爐內。燃氣燃燒部分的空氣通過內管進入，另一部分通過燃燒器的外殼進入，并且調節(jié)其風量彼此不連接的兩個空調板從狹縫噴射的氣流與燃燒器的軸線形成一定角度，以引起氣體的一定的旋轉運動，以增強氣體和空氣的混合。適用于中低壓燃氣，工作穩(wěn)定運行可靠，負載調節(jié)率大，不消耗電力。14圖1.6多縫式燃燒器鼓風式擴散燃燒器鼓風機可以產生空氣為燃燒器燃燒提供動力，因為在燃燒之前燃氣和空氣還是各有獨立的成分，沒有預混合，所以這是屬于擴散燃燒?？梢灾圃斐商坠苁剑魇?，平流式等結構型。套管式燃燒器?？煞謫翁坠芎凸苋菏?。結構基本上都是大管和小管相互套住構成，空氣是從夾套中流動的，燃氣由小管流動，并在火道混合燃燒。單套管燃燒器如圖1.7所示。這種燃燒器的特點是結構簡單，制作容易，氣流阻力小。但其缺點是燃氣與空氣混合較差，熱負荷不宜過大，否則火焰很長，需要較大的燃燒空間和較高的過?？諝庀禂怠Ｒ虼藛翁坠苁饺紵髦饕糜跓斯っ簹獾男⌒湾仩t。圖1.7單套管式燃燒器圖1.8管群式燃燒器（2）旋流式燃燒器。特點是自身就有旋流器，可以使空氣產生旋轉，氣體從分流器的孔（或狹縫）流出。旋流式燃燒器被廣泛用于工業(yè)鍋爐中。它可以在不改變供氣系統(tǒng)的情況下容易地插入粉煤或燃料油裝置，以形成多燃料復合燃燒器。旋流燃燒器有很多種結構類型：a.導流葉片式旋流燃燒器。如圖1.9所示，空氣供入后會形成旋流再經過導流葉片，和燃氣進行混合，進入燃燒室后，就開始燃燒。在使用天然氣時，中心孔口需裝燃氣旋流器，使燃氣也形成旋流，以加強氣流混合。圖1.9導流葉片式旋流燃燒器b.環(huán)縫旋流式燃燒器。如圖1.10所示，這種燃燒器通常把人工煤氣作為燃料。燃氣從狹窄的環(huán)縫中流出，與蝸殼配風器產生的旋流空氣強烈混合，進入火道燃燒。圖1.10環(huán)縫旋流式燃燒器c.周邊供氣蝸殼式燃燒器。如圖1.11所示，蝸殼配風器的作用可以把空氣旋轉，之后空氣進入到內圓筒，旋轉不停止，繼續(xù)前進，還有少量空氣可以從一旁的孔進入到外環(huán)套，在火孔流出來，溫度低的空氣就可以使燃燒器頭部冷卻。LNG從管道進到內環(huán)后，因為旁邊有小孔，就可以噴出高速的空氣，與LGN強烈混合，在火道燃燒。圖1d.中心供氣蝸殼式燃燒器。與周圍的燃氣供應不同：氣體從軸套的2～3排徑向孔噴射到旋轉空氣中，兩者強烈混入燃燒通道進行燃燒。中央供氣殼式燃燒器通常設計有錐形消防通道，有利于均勻的流速和混合氣體出口的穩(wěn)定燃燒。圖1.12中心供氣蝸殼式燃燒器e.切向葉片旋流式燃燒器。如圖1.13所示，這種燃燒器在圓柱形通道圓周上布置一組固定切向導流葉片，使供入的空氣產生切向旋轉，并邊旋轉邊向前運動。燃氣從中心分流器管四壁的小孔噴出，與旋轉空氣混合后進入火道燃燒。利用手柄推拉調風導筒，可以改變旋轉與不旋轉空氣的比例，從而控制空氣和燃氣的混合程度，以調節(jié)火焰長度。切向葉片旋流式燃燒器也可以把葉片做成可調的，這時從改變葉片的角度來調節(jié)空氣流的旋轉強度，隨著旋流強度的增加，火焰擴散角增大，火焰長度縮短。圖1.13切向葉片旋流式燃燒器f.軸向葉片旋流式燃燒器。它又分為周邊供氣式（圖1.14）與中心供氣式（圖1.15）兩種。周邊供氣軸向葉片旋流式燃燒器，軸心管上裝有軸向葉片，各葉片在圓截面上的投影相疊3％～5％。供入的空氣通過葉片產生旋轉。環(huán)形燃氣管上鉆有兩排噴孔，一排呈徑向布置，另一排葉片的朝向與前排夾角為15?。有少部分空氣通過小孔進入外夾套作為二次空氣，并能冷卻燃燒器頭部。圖1.14周邊供氣式軸向葉片旋流式燃燒器這種燃燒器的優(yōu)點是只要更換燃氣噴頭，就能適應多種低壓燃氣。使用油田伴生氣時，額定壓力為3000Pa；使用液化石油氣時，額定壓力為5000Pa（過?？諝庀禂郸?1.05～圖1.15中心供氣軸向葉片旋流式燃燒器（3）平流式燃燒器。它屬于一種比較新的鼓風式燃燒器，為了形成穩(wěn)定的旋流火焰，在軸心處固定了一個比較小的軸向葉片旋流器，可以很好的使空氣和燃氣的混合比例處于最佳的數值，在空氣系數不大的時候可以完全燃燒。由于大部分空氣無須旋轉，故能量損失較少，節(jié)省電能。圖1.16所示的是多槍平流式燃燒器。燃氣從母管送入集氣環(huán)，再分配到多根噴槍管內，從切向和徑向兩個方向由噴孔噴出，噴射速度高達150～200m/s，形成旋轉氣流?？諝饬鹘浫瑢蛉~片，有13％左右的空氣通過出口中心葉輪（穩(wěn)焰器）形成順時針方向的旋轉；其余空氣以直流的方式從葉輪與噴口之間的環(huán)形通道中噴出，噴口截面平均風速為50～65m/s。燃氣射流與空氣流以正交方式流動獲得強烈混合。燃用天然氣的額定壓力為6×10?2MPa,流量為1550m圖1.16多槍平流式燃燒器圖1.17所示的是文丘里管平流式燃燒器，它不僅可以降低空氣的阻力，還可利用其壓差訊號測定風速、風量，便于空氣與燃氣的比例調節(jié)，實現低氧燃燒。一般情況下，文丘里管進口收縮角為45?，出口擴角為15?度；進口直徑等于出口直徑，喉口直徑為出口直徑的0.7～0.75，穩(wěn)焰器直徑和與之對應的風口直徑之比是一個重要的幾何特征參數，一般取0.6。圖1.17文丘里管平流式燃燒器設計的初始數據設計任務(1)確定4t/h天然氣鍋爐燃燒器的整體結構和工作流程，確定天然氣鍋爐燃燒器的整體布置形式；(2)確定天然氣用量，進行理論空氣量、煙氣量及煙氣特性計算；(3)熱力計算匯總，把各處受熱面關鍵計算數據列成熱力計算結果匯總表；(4)編制設計計算說明書；(5)運用CAD繪制4t/h天然氣鍋爐燃燒器本體及零部件圖，圖上列出具體尺寸、技術要求等內容。天然氣的燃料特性(1)碳C(2)氫H(3)氧O(4)氮N(5)硫S(6)灰分A(7)水分M(8)低位發(fā)熱量Q燃料特性Car%Har%Oar%Nar%Sar%Aar%Mar%Qnet,v,arkJ/kg79.119.501.400036533過量空氣系數取過量空氣系數α=1.05熱力計算空氣量的計算（1）理論空氣量的計算氣體燃料的熱值越高，燃燒所需要的理論空氣量也就越多。當Qnet,v,arV0=對烷烴類燃氣（天然氣、石油伴生氣、液化石油氣）可采用V0=0.268=9.64m式中Qnet,v,ar─燃料的低位發(fā)熱值（2）實際空氣量的計算燃料能否完全燃燒需要考慮很多因素，空氣和燃料混合良好是燃料完全燃燒的一個很重要的標志。實際空氣量的值都是大于計算理論空氣量的數值，多出來的一部分就被稱為過量空氣。V=αV0=1.05×9.64=10.12m式中α─過量空氣系數理論煙氣量和煙氣特性理論煙氣成分的計算（1）三原子氣體體積按照下式計算:VRO2=1.48m（2）理論水蒸氣體積按照下式計算:VH2=2.32m式中VH2O0dg─標態(tài)下燃氣的含濕量,da─標態(tài)下空氣的含濕量,（3）實際水蒸氣體積計算：VH2=2.41m3（4）理論氮氣體積按下式計算:VN2=7.63m式中VN2（5）實際氮氣體積計算：VN=7.76m（6）理論煙氣總體積按發(fā)熱量近似計算對于烷烴類燃氣按下式計算：Vy0=0.239×36533=10.73m式中Vy0對于天然氣，α=2實際煙氣量計算Vy==10.73+=11.21mVy─實際煙氣量,煙氣焓溫表溫度理論煙焓空氣焓爐膛出口α煙管出口α℃IIIΔIIΔI100159814171739-1739-2003235285035201828352018283004916431053471877534718774006644580072241927722419275008419732491521976915219766001024088821113020231113020237001210010470131502066131502066800140101209015220210515220210590015950137401732021411732021411000179201541019460217219460217211001993017090216302199216302199120021950188002383022232383022231300240102051026060224426060224414002608022240283002263283002263150028170239803056022793056022791600302702573032840229432840229417003239027480351402308351402308180034520292503745023223745023221900366603103039770233439770233420003882032820421002346421002346210040990346104445023564445023562200431603642046800-46800-熱力平衡計算（1）輸入熱量Q可按下式計算：Qr=式中Qwl─鍋爐里面的空氣接受系統(tǒng)外的熱量時,每1m3LNG所有的熱量ir─LNG物理顯熱,Qzq─燃油在霧化的時候帶入的蒸汽的熱量當不借用外界的東西的時候，1mQr=Q=36533kJ/（2）排煙熱損失qq2==(=9.73%IαI（3）q3估取1（4）q4（5）q5估取1（6）q（7）鍋爐有效利用熱Q對飽和蒸汽鍋爐為：Q1=[=D=4000×=16697760kJ/s式中DDxyDpwibqibsigsW按標準規(guī)定來看，水管鍋爐需要小于3%的飽和蒸汽的蒸汽溫度，當鍋爐的排污率量小于2%時，排污水的熱耗可以忽略不計。（8）鍋爐的熱效率和燃料消耗量鍋爐總熱損失為：∑q=鍋爐的熱效率為：η=100?=100?q=100?9.73?1.0?0?1.2?0=88.07%式中q2q3q4q5q6鍋爐的燃料消耗量為：B=Q=16697760=518.98m式中B─燃料消耗量,得燃燒器天然氣用量V考慮到燃料消耗量B中有一部分隨機械不完全燃燒損失帶出，這一部分沒有產生煙氣，應從B中扣除，這樣可以得到計算燃料消耗量：Bj=B式中Bj─計算燃料消耗量,對燃氣鍋爐來講，B=B熱力平衡計算匯總表序號名稱符號單位公式結果1燃料低位發(fā)熱量QkJ/m3查表1-12365332冷空氣溫度t℃取定253冷空氣焓IkJ/kg查溫焓表403.54排煙溫度?℃取定228.55排煙焓IkJ/kg查溫焓表4039.06固體不完全燃燒損失q%估取07氣體不完全燃燒損失q%估取1.08排煙損失q%I9.739散熱損失q%估取1.210燃料物理熱損失q%估取011鍋爐總熱損失∑%q11.9312鍋爐效率η%100?88.0713給水焓ikJ/kg查水、水蒸氣物性表441.114飽和水焓ikJ/kg查水、水蒸氣物性表822.615飽和氣焓ikJ/kg查水、水蒸氣物性表2786.616鍋爐排污率D%設計給定517蒸汽帶水率W%設計給定418汽化潛熱rkJ/kg查水、水蒸氣物性表196419額定蒸發(fā)量Dkg/h設計給定400020鍋爐有效利用熱QKJ/sQ1669776021鍋爐燃料消耗量Bm3/hQ518.9822計算燃料消耗量Bm3/hB(1?518.9823保熱系數?─η0.987天然氣燃燒器尺寸計算原始數據：（1）天然氣低位熱值Q(net,v,ar)=36533kJ/m^3（2）燃燒器前天然氣溫度t（3）燃燒器前空氣溫度ta（4）天然氣密度ρN（5）空氣密度ρa（6）天然氣壓力pN（7）天然氣耗量B=518.98（8）實際空氣量V=10.12尺寸計算（1）天然氣燃燒器熱負荷Q天然氣燃燒器熱負荷Q按式REF_Ref6435126\h(41)計算：Q (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s21)Q (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s22)結果如式REF_Ref6434836\h(42)所示。（2）空氣通道直徑dd (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s23)式中qp——通道截面平均熱通量，取qd (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s24)取d1（3）混合氣體量V混合氣體量V?由式REF_Ref6464664\h(45)求得：V (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s25)V (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s26)結果如式REF_Ref6464657\h(46)所示。（4）混合氣體溫度t混合氣體溫度t?由式REF_Ref6467455\h(47)求得：t (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s27)t (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s28)其結果如式REF_Ref6467483\h(48)所示。（5）混合氣體密度ρ混合氣體密度ρ?由式REF_Ref6467787\h(49)求得：ρ (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s29)ρ (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s210)結果如式REF_Ref6467927\h(410)所示。（6）混合氣體噴孔截面積A假設混合氣體流速v?=40m/s，A (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s211)（7）混合氣體噴孔直徑d混合氣體噴孔直徑d?由式REF_Ref6468947\h(412)求得：d (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s212)d (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s213)結果如式REF_Ref6469012\h(413)所示，取d?=226mm作為設計值。（8）天然氣噴孔出口速度v天然氣噴孔出口速度vN見公式REF_Ref6469410\h(414)：v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s214)式中ξN——天然氣噴嘴阻力系數，取ξv (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s215)結果如式REF_Ref6470866\h(415)所示。（9）天然氣出口面積AN與噴孔直徑按vNA (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s216)天然氣噴孔分布設計為圓周分布，孔數為10個，所以計算天然氣噴孔直徑為d (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s217)選取d0=13AN (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s218)（10）天然氣出口實際速度v實際速度以選取的噴孔直徑計算，并且考慮溫度的影響，即v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s219)v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s220)其結果如式REF_Ref6479449\h(420)所示。（11）天然氣噴嘴壁厚δ本設計的噴孔為縮口式，選取噴嘴壁厚δ0（12）天然氣管道直徑d本設計中天然氣管道內流速vN,gd=30d (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s221)選取D=84.3mmd (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s222)（13）空氣管道直徑d本設計中空氣管道內流速va,gd=30d (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s223)選取D=259mmd (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s224)（14）空氣環(huán)形噴口面積A空氣環(huán)形噴口面積按式計算，即A (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s225)Aa (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s226)結果如式REF_Ref6487148\h(426)所示。（15）空氣環(huán)形噴口速度v空氣環(huán)形噴口速度為：v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s227)考慮空氣溫度的影響，則實際空氣環(huán)形噴口速度為：v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s228)（16）燃燒器前空氣壓力p燃燒器前空氣壓力由公式REF_Ref6488574\h(429)計算：p (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s229)式中ξa——空氣噴口阻力系數，當空氣渦流角為20°~40°時，取ξp (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s230)計算結果如式REF_Ref6489213\h(430)所示。（17）混合段長度l天然氣與空氣的實際速度比為v (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s231)計算混合長度l為l=30 (STYLEREF2\s4SEQ公式\*ARABIC\s232)表STYLEREF2\s4.SEQ表\*ARABIC\s21燃燒器尺寸計算結果序號名稱符號單位結果1天然氣燃燒器熱負荷QkW5266.642混合氣體量Vm1.60313混合氣體溫度t℃254混合氣體密度ρkg/1.14705混合氣體流速vm/s406混合氣體噴孔截面積Am0.040077天然氣噴孔面積Am0.0001068天然氣噴孔出口實際速度vm/s142.099天然氣管道內流速vm/s3010空氣管道內流速vm/s3011空氣環(huán)形噴口面積Am0.013212空氣環(huán)形噴口速度vm/s110.5213實際空氣環(huán)形噴口速度vm/s115.4714燃燒器前空氣壓力pPa27889.76注：空氣通道截面平均熱通量qp=38×表STYLEREF2\s4.SEQ表\*ARABIC\s22燃燒器主要設計尺寸mm尺寸標號數值d13d420d78.3d250d420d450d226燃燒器前端的設計尺寸燃燒器前端尺寸標號數值d450d420d226d420d450d50