加热炉生物质燃烧机研究
摘要针对北方冬夏季温差大而导致加热炉负荷变化大的特点，提出了一种多孔喷嘴多辅助火孔喷头、高压引射大气式生物质燃烧机．对四种喷嘴和喷头结构各异的该型燃烧器进行了性能优化试验．结果表明，3孔喷嘴燃烧器优于单孔喷嘴燃烧器；18孔辅助火孔喷头燃烧器优于15孔及21孔辅助火孔喷头燃烧器；3孔喷嘴18孔辅助火孔喷头燃烧器性能较好．
    加热炉属于长年全天候运行的原油集输**设备，仅大庆一地在役此种设备就多达两千多台，在北方四季环境温差大，要求加热炉负荷变化也能与之适应，达此目的的关键是燃烧器负荷能在较大的范围内变化，就目前的燃烧器来说，负荷比仅为1：2.7，远远达不到负荷调节的要求，而且在低负荷时燃烧效果较低，这不仅造成燃料的浪费而且部分未燃尽物在对流受热面沉积，严重影响传热敷果，降低锅炉效率，因此，为了提高加热炉效率，减少燃料浪费，研制大调节比，高效生物质燃烧机具有重要的实际意义。
1  基本研究思路
    在研究中考虑到负荷变化时，一、二次风配比混合情况直接影响燃烧效率，所以燃烧器必须具有调节一二次风的能力，根据油田实际情况，不便利用自控调节系统来调节一二次风量，而文丘利管燃烧器结构简单且有引射作用，燃气高速经过文丘利管收缩部分时，形成负压，可引射周围空气，这样随负荷变化，燃料引射速度也发生变化，从而可以调节引射空气量，
    鉴于炉膛呈长圆形，轴向长达lOm左右旧，为避免火焰过于集中，致使局部热负荷过高，造成烧损炉膛受热面或工质在其壁面析碳等不利结果旧，应尽量使火焰拉长，以使辐射热在大面积上均匀分布，
    为了满足负荷大调节比的要求，必需做到高负荷气流速度快时不脱火，低负荷气流速度慢时不回火，提高燃气在低负荷下的喷射速度，使之不低于火焰燃烧速度，可保证低负荷下不回火，故喷头直径不能过大，同时还应在其外侧设置肋片，提高喷头热强度，进一步稳定火焰，在主火孔四周开若干辅助火孔，可防止高负荷下气流速度**火焰传播速度时，形成脱火酿成事故，由于辅助火孔直径小，较主火孔流动阻力大，所以辅助犬孔喷出的燃气速度低于主火孔喷出燃气速度．当主火孔喷出的燃气速度已趋于脱火，而辅助火孔喷出的燃气速度还很低，这样辅助火孔喷出的火焰不断点燃主火孔喷出的高速燃气，起到稳燃的作用，
    为了避**支燃烧器喷出的燃气在炉膛中混合不均匀，以及形成长火焰的扩散燃烧，采用配比一次风使燃料与空气首先经半预混，使部分燃料反应处于动力区，加速燃烧速度，使火焰形状趋于合理，
    为提高燃烧器燃烧效率，燃烧器设计中选用高引射系数的引射器，来保证一次风量，使之与燃料充分预混，达到完全燃烧的目的，这种引射器结构有自调节能力，在某一负荷下调好一次风量，燃烧器负荷变化日寸，一次风过量空气系数基本不变，二次风过量空气通过挡板从四周均匀供给．
2试验设备与方法
    为了找出燃烧器运行特点及规律及喷嘴与喷头较佳匹配，指导实际设计和现场运行，设计了两种喷嘴结构，一种为单孔喷嘴，一种为3孔喷嘴，它们的喷射截面积相同，同时设计了四种喷头结构，其中有三种设计额定负荷为lOONITI3 11，且主孔与辅助火孔相对截面积比相同，另一种额定负荷
    本试验在1：1的试验台上完成，整个试验台系统如图1所示，燃烧器靠来气压力把燃气喷入炉膛，燃气在炉膛内燃烧，向工质传热，被加热工质为北产生的蒸汽自然蒸发排入大气中，该试验台在炉体结构及燃烧传热等运行条件与实际炉子工作条件十分相近，
    测试系统包括以下几部分：负荷测量及燃料分析；炉膛温度场，浓度场，速度场测量；烟气分析；一次风氧含量及环境状况测试，
    测试温度采用镍铬  镍硅热电偶；采用五孔探针测速度场；采用QGS-08型红外气体分析仪分析烟气成份，
    按国家SY 7505加热炉热工测试方法的规定对每种燃烧器进行性能测试，选出运行效果较好的燃烧器，并对此种燃烧器进行50%、80%、**及较高负荷不脱火及较低负荷不回火时的燃烧效率测定，燃烧器的燃烧效率是反映燃烧器性能的重要指标所以把燃烧效率作为测试的主要内容，对于以生物质为燃料的燃烧器来说，机械未完全燃烧损失q4为0，而燃烧效率完全取决于化学未完全燃烧损失q3的大小，燃烧效率公式1—1q3，q3可由炉膛所测烟气成分计算得出，
    试验方法：当工沉稳定之后，进行参数读取，每一种工况下均读取三组数据，测试过程中在每组工况下三组数据的采集间隔为：温度、压力、流量不大于30min,燃料分析时间间隔不大于2h.
3  试验结果及分析
3.1 3子L喷嘴燃烧器在较低负荷和较高负荷时的
    工作情况
    由表1看出3孔喷嘴燃烧器在较低负荷30%时，燃烧效率达98. 00%以上，可稳定运行，在高负荷时，随燃气流量增加，流速增加，形成紊流扰动，混合效果好，燃烧效率提高，在110%负荷时，效率达99. 61%.本燃烧器效率在高负荷，调节比可达1：3；6。
3.2 3子L喷嘴15孔喷头燃烧器与单子L喷嘴15孑L
    喷头燃烧器燃烧效率比较
    由图2可以看出，在高负荷时，3孔喷嘴15孔喷头燃烧器效率**单孔喷嘴15孔喷头燃烧器，这主要由于负荷升高，燃气流速增加，在燃烧器内混合时间缩短，3孔喷嘴燃烧器将燃气分为3股，各股之间有空气存在，空气可以从燃气内外混厶，而单孔喷嘴在高速喷出燃气时，混合不充分．导致燃烧效率下降，可见在高负荷时3孔喷嘴燃烧器**单孔喷嘴燃烧器．
3.3 3孑L喷嘴分别配15孑L 18子L 21孑L喷头时，燃
    烧器效率随负荷变化曲线
    由图3可见，3孔喷嘴燃烧器随负荷升高效率也升高，其中3孔喷嘴18孔喷头燃烧器在110%负荷时优于3孔喷嘴15孔喷头和3孔喷嘴21孔喷头燃烧器．
3.4燃烧器在不同负荷下一次风过量空气系数
    比较
    由图4看出，负荷大于70%时，随负荷变化一次风过量空气系数基本不变，说明文丘利管式燃*1期王怀彬等：加热炉生物质燃烧机研究烧器具有一定自调节一次风量的能力，    荷下排烟损失减少，锅炉效率提高，
3.6大调节比燃烧器试验结果分析
    优化试验给出3孔喷嘴18孔喷头燃烧器在30%负荷和110%负荷燃烧效率均**99%，说明该燃烧器仍有较大的负荷调节潜力，因此专门测试了此燃烧器在20%，50%，80%，**，135%负荷的燃烧效率，试验表明，燃烧器在较高负荷135%时不脱火及较低负荷20%对不回火，且能在较高的效率下稳定运行，图6给出了在加%到135%负荷区间内燃烧效率曲线，其负荷调节比达到了1：6. 75.负荷／%
4结论
    本文提出的一种多喷嘴、多辅助火孔喷头、高压引射大气式生物质燃烧机调节比大、燃烧效率高，对四种喷嘴和喷头结构各异的该型燃烧器进行性能优化试验的结果为：
    (1)在高负荷时3孔喷嘴燃烧器优于单孔喷嘴燃烧器；
    (2)四种文丘利管式燃烧器均可在1：3.6的负荷调节比下稳定、高效运行；
    (3)3孔喷嘴18孔喷头燃烧器性能优于其它各型燃烧器，调节比达1：6. 75，额定负荷的燃烧效率为99. 80%，对应于较低负荷与较高负荷的燃烧效率分别为98. 01%和98. 60%．

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