试析天然气锅炉中的天然气燃烧及调整

赵向哲

摘 要：天然气锅炉通常采用扩散与预混两种燃烧方式，本文针对天然气锅炉中的燃烧方式及其调整进行了较深入地分析，对于提高天然气锅炉燃烧效率具有十分重要的意义。

关键词：天然气燃烧方式；燃烧效率；天然气锅炉

中图分类号：TK22 文献标识码：A

1 天然气燃烧方式

天然气锅炉主要有扩散与预混两种燃烧方式，扩散燃烧方式是在锅炉内将燃气与空气分别进行扩散混合与燃烧，分为层流与湍流方式，燃烧速度由燃气与空气之间的混合度所决定。预混燃烧方式是燃气与空气混合均匀后，向炉内送入进行燃烧。天然气锅炉在对其燃烧进行调整时，不仅能够对天然气压、燃烧器配风、总风量、燃烧器数量进行调整，还能对炉膛火焰高度进行改变等。燃气与空气混合充分、加热及时、着火、燃尽是天然气燃烧的主要目的。

2 天然气燃烧过程

天然气与空气流之间一般有三种混合方式，一是平行流动的燃气与空气流的湍流混合；二是根据某一角度或垂直方向使燃气与空气流实现相交流动；三是燃气与空气流混合都采用旋转气流。

2.1 天然气燃烧的分级扩散

天然气扩散燃烧是指在锅炉内的空气与燃气边燃烧边扩散混合，扩散燃烧速度由空气和燃气混合程度所决定。根据喷口喷出气流的雷诺数，扩散燃烧方式可分为层流与湍流两种。层流依赖分子扩散运动，湍流依赖湍流扩散。扩散燃烧通常具有较长的火焰，气体燃烧不完全具有较大的损失，扩散燃烧时应确保扩散混合充分，才可获得良好的燃烧效果。扩散燃烧呈现发光火焰，火焰均匀但不具有较高的温度，尤其是具有较好的稳定性，不产生回火现象，几乎也不会发生脱火。诸如325MW燃烧器采用天然气分级扩散燃烧，由燃气、燃油及调风器等装置构成燃烧器。燃气装置中包括气枪及分配天然气的集箱，气枪在与燃烧器同心圆周上布置均匀，径、轴向喷孔位于气枪头部，燃气能够实现分段燃烧，利于生成氮氧化物总量的降低。调风器主要由风管、风导筒、风旋转器调节装置、分级风门及装置等构成，在油雾着火前一次风与其混合，采用风滑动导筒位置对一次风量进行调节；燃烧器主要是将二次风作为供风部分；分级风能够使生成的氮氧化物量降低，轴向旋流器在风管中设置，实现对通过其中的风转向旋转。旋转风在燃烧器喷口后离开而扩向四周，在中心位置产生负压区，进而回流高温烟气到此处，高温烟气回流后能够提供充足热量点燃燃气。不可调整分级风旋流器位置，但可以轴向调整二次风旋流器位置，向后最大移动15cm。后移旋流器位置时，二次风一部分不从旋流器经过，而转变为直流风，混合经旋流器的风后，将减弱二次风旋流总强度，最终减小回流区。因此对二次风旋流器轴向位置进行调节能够对其旋流强度与回流区进行调节，轴向移动二次风旋流器能够产生直流风，静而实现对旋流强度的调节。旋流二次风受轴径向喷出的天然气影响，分级混合后，获得卷吸中心回流区的高温烟气加热而燃烧。燃烧器中的喷出天然气位置距离燃烧器出口部位不长，只有11cm，正常应用过程中，燃气只有较低的压力，大约在五六十千帕之间。燃气、空气在混合过程中燃烧而产生扩散燃烧。

2.2 天然气预混燃烧

预混燃烧是在燃烧前将均匀混合空气与燃气送入锅炉的一种动力燃烧方式。在风过量空气系数不超过1时，火焰有内外焰两个锥面，外焰区域随空气系数增大，其燃气扩散燃烧的火焰逐渐缩短。空气系数达到1时，将不再有外焰，而转变为无发光性的火焰。燃气该情况下可快速燃烧，瞬间即可完成，而转变为无焰燃烧。

燃气、空气混合通常由三个因素所决定，一是射流从天然气喷出形成切圆方向，使燃料气发生旋转，混合一次风后受到二次旋转风卷吸而混合。二是燃烧器中的预混具有40～45cm之间的长度。三是天然气具有较高压力，燃气具有较快的气流速度，燃气、空气速度相对比较大，均匀混合后转变为无发光性的火焰，而且火焰为预混燃烧的较短火焰。

3 天然气燃烧调整

天然气燃烧调一般通过其总风量、有关参数及燃烧器配风等方面实施。

3.1 天然气工作压力的调整

对天然气工作压力在一定范围内进行调整，天然气具有负荷时，在对工作压力调整时，还应对投运燃烧器数量进行调整。扩散燃烧方式中提高天然气压力后，使混合效应增强，而导致火焰逐渐缩短。这使燃烧器改变了出力，并通过高度不同的燃烧器的增减，对炉膛火焰中心高度进行改变，进而使炉膛辐射特性得到改变，能够对过热及再热的蒸汽温度进行有效调节。实际运行中若锅炉汽温或减温水量与设计存在较大的偏差，能够利用此方法进行调节，对分布的炉内燃气温度特性进行改变。应注意在允许范围内调节压力，避免局部产生过高的热负荷，对水冷壁水循环等造成破坏。

3.2 天然气燃烧器的调整

燃烧器采用对冲燃烧方式，依次分三层在前后墙进行布置。在满负荷工作状态下燃气锅炉的燃烧器起初采用全投运行方式，过热与再热减温水总量远超过设计值，使机组效率明显降低，对机组安全稳定运行产生不利影响。又因受到设计调节手段的限制，适宜对高层燃烧器采取逐步停运方式，使燃烧器前天然气压力提高，炉膛火焰中心高度降低，水量降温与设计值基本接近，锅炉再热器的水量减温因汽机高压缸排汽温度比设计值高，受热面设计等原因无法调整至设计值，因此提高火焰强度将缩短火焰长度。

3.3 总风量的调整

对锅炉燃烧总风量进行调节，在燃烧器中无任何迹象情况下，因天然气性质，将与空气燃气比产生较大偏离，而引起燃烧恶化，特别是针对试运机组将具有更大的危险。试运过程中应对机组负荷、天然气流量、风量及烟气等参数进行反复检查，对参数比例进行核算。对参数存有疑问时应查明原因，以避免产生燃烧恶化，确保锅炉运行的安全。将锅炉总风量调节在适宜范围内，并结合性能试验对最佳值进行确定。

3.4 燃烧器调风器的调整

燃烧器调风器的调节是最后一个关键环节，结合调风器结构、风对燃烧产生的不同作用，对各级风量进行调节，采用大量试验对最佳配风方式进行确定，以确保各燃烧器充分燃烧，使锅炉整体效率得到明显提高。

结语

综上所述，在天然气锅炉的实际应用中，只有对天然气燃烧方式采取科学合理的调整方法，才能明显提高天然气锅炉的燃烧效率。

参考文献

[1]韩煜九，张建联.工业炉内天然气燃烧的安全问题[J].工业加热，2010（09）.

[2]李慧君，罗忠录.天然气锅炉烟气换热特性的分析[J].动力工程，2011（10）.