集成点火式燃烧器在催化装置余热锅炉中的应用

刘雄，代纪邦，刘帅，韩静

（中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海201108）

集成点火式燃烧器在催化装置余热锅炉中的应用

刘雄，代纪邦，刘帅，韩静

（中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海201108）

锅炉燃烧器的运行状况直接影响到整个锅炉的热效率及其尾气的排放，因此合理地设计和布置燃烧器非常重要。该项目主要是针对某催化装置余热锅炉燃烧器出现的一系列问题进行改进，通过对燃烧器进风结构的优化和出口流速的整合计算，并首次采用集成控制等方式将点火枪与控制柜集成一体化，减小了设备的占地面积。经过现场模拟点火测试，该设备的改型增强了燃烧器的工作稳定性，提高现场工作人员的操作效率和整个锅炉的经济性。

燃烧器；催化余热锅炉；集成一体化

余热锅炉是用来回收高温烟气的余热产生蒸汽的设备。其关键设备燃烧器从发明使用到现在的多样化形式，其理论及结构上都发生了深刻的变化，在锅炉的运行中燃烧器需要能组织良好的空气动力场，使瓦斯气流能够及时着火；一二次风混合适时适量，保证燃烧的稳定性和经济性并便于调节，现在许多化工企业的燃烧器不能满足企业的要求，某化工厂锅炉燃烧器存在以下缺点：

（1）燃烧器进风阀门时常操作失灵，密封性能差，漏风等；

（2）点火效果不理想，时常出现熄火等现象；

（3）燃烧器负荷变化范围小易引起燃烧不完全，CO排放含量过高。

经过调研初步分析：一是进风阀门年久锈蚀，手柄调节笨重；二是原设计CO含量低于实际运行的含量，导致了补燃瓦斯量大大低于实际需要值，瓦斯燃烧器负荷实际运行随负荷调节困难。实际操作补燃瓦斯量过小，易造成熄火，影响安全生产；补燃瓦斯量大，则助燃空气不足，引起燃烧不完全，排放烟气中CO含量超标，影响能量回收效果。此外，进风筒内风压的不均匀性也易造成熄火。燃烧器在不稳定的负荷下运行,增加了装置能耗和运行成本，为使装置能耗进一步降低，完善CO锅炉性能，进一步提高CO余热锅炉出力，建议对CO余热锅炉进行扩能改造。

1 技术分析及改造

根据原装置的设计及工艺操作参数,对系统重新进行核算，并综合考虑计算结果进行改造，本次改造的主要从以下几方面着手。

1.1 阀门的改进

原设计的阀门钢板厚度只有2 mm，在经过长时间的锈蚀之后，发生变形，密封性降低，改进的阀门厚度增加到4 mm，从强度和密封性均超过了改造前。同时在手柄调节阀处安装减速机（见图1），此法减轻了操作人员的劳动量，可灵活控制阀门的开启。

图1 阀门结构示意图

1.2 燃烧器结构的改进

1.2.1 计算分析

燃烧器的内部结构对送风的均匀性影响很大，原燃烧器的设计使得进风空气在风筒进口处经过一90°的拐角，直接导致气流在未到点火枪的端部时便形成一很强的回流区，造成该局部范围瓦斯量过多，易产生“爆燃”和“回火”，存在事故隐患。在计算了空气和瓦斯的流速后，见式（1）[1]，综合考虑了回流区的大小、燃烧器出口的气流速度以及烟气温度后确定了点火的位置，得到了一次风桶和二次风桶的直径，初步确定扩散角后利用式（2）计算出该旋流燃烧器的旋流强度，结果见表1。

式中：s―流速，m/s

m0―质量流量，m3/h

A―流通面积，m2

气流的总旋流强度计算公式：

式中：F0―旋流器出口截面积，m2

F1―叶轮出口最小流通截面积，m2

r0―风口内径，m

r2―叶轮出口外径，m

rpj―平均旋流半径，m

α―半锥角，°

β―叶片倾斜角，°（通常取48°～50°）

α―叶轮拉出的距离，m

表1 燃烧器的数据计算结果

二次风稳焰器的位置可随负荷的要求而改变，改变稳焰器距端口的位置，旋流强度亦可增强或减弱。

1.2.2 进风结构的调整

导致点火不稳定，“爆燃”、“回火”等现象的主要原因是进风不均匀，风筒内压强梯度太大所致，通过安装进风网栅布风装置（见图2），大大缓解了一次风筒内压强不均的症状，考虑到进风空气要同时满足燃烧器瓦斯和炉内CO，且网栅的开孔会产生阻力，因此合理设计孔的分布及大小相当重要，经过计算采用Φ20 mm、孔间距为25 mm的错列布置（见图3）能满足上述要求。

图2 燃烧器结构示意图

图3 进风网栅局部放大图

1.2.3点火枪结构的改进

原锅炉燃烧器采用的是独立控制柜，即点火枪与控制柜分开，每次点火时需要对线路重新连接，工作量繁琐；此外火检等功能也损坏。针对该一系列问题，对点火枪进行了改进，其主要方法是将控制功能与点火枪集成，电路控制原理（见图4），将检漏系统、测温系统和吹扫系统的控制部分与变压器集成，经过变频后形成的高压在点火电极处放电，点燃瓦斯，形成火焰，火焰检测器检测到火焰的信号后通过信号放大器反馈到控制柜上，形成闭合回路。此结构（见图5）去除了原控制柜，增加了现场操作空间，携带和操作灵活方便。

图4 点火枪电路控制原理示意图

图5 点火枪结构示意图

2 燃烧器的介绍

该燃烧器为全钢结构，运行可靠，不易烧坏；加工制造要求精度低，性价比高。燃烧器中点火枪点火成功即可撤离。配风分为一二次风，在进风口处将一二次风通过进风网栅使布风均匀，形成均匀的气流，在燃烧器端口分别安装了一二次风导流叶片，将一二次风以相同方向形成一定的旋转风送入炉膛，燃气从燃气盘管的数个小孔喷入后与空气混合燃烧。

燃烧器的运行程序为：启动风机，对炉膛进行吹扫，同时开启控制柜总开关，系统自动对管路进行检漏和温度测试，吹扫结束后，调节进风阀门开度，打开点火开关和点火瓦斯进气阀门进行点火，火焰检测器灯亮即表示点火成功，随后开启长明枪进气瓦斯阀门引燃长明枪，待盘管进气阀门开启后，即可调节进风阀门引燃炉膛CO气体。

3 结论

经过现场实验，取得了良好的效果：

（1）具有点燃效果良好，启动速度快，耗气量少等优点，且燃烧效率比较高，特别是燃烧低热值的高温烟气时更为显著，可提高燃烧的稳定性和经济性。

（2）二次旋流使得点火燃烧区域混合强烈，可以采用较低的过量空气系数，这也提高了锅炉热效率。

（3）便于负荷调节和携带。

该燃烧器的改进方法亦可用于其它锅炉的改造，具有较大的实用和推广的价值。

[1]秦裕琨.燃油燃气锅炉实用技术[M].北京：中国电力出版社，2001.

Application of Integration Ignition Combustor in Catalyze Installation Excess-Heat Boiler

LIU Xiong,DAI Jibang,LIU Shuai,HAN Jing
（Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute Thermal Engineering Depart,Shanghai 201108,China）

The operating status of combustor may directly affect fuel efficiency and fume emission standard,so it is quite necessary to design the proper combustor.This project made a series of modification to one catalysis exhaust-heat boiler through optimizing the air inlet and computing the air outlet speed,at same time making the burning torch and control box integral firstly,decreasing the equipment’s room.The experimentalmeasurementshowed that this facility could enhance the combusting stability and increase the worked efficiency ofworker and boiler economy.

combustor;catalysis exhaust-heat boiler;integration

TE963

B

1001-6988（2016）06-0030-03

2016-09-06

刘雄（1982—），男，工程师，主要从事石化行业热能环保工程技术方面的工作.