工业锅炉用燃烧器标准现状及安全运行要素

何泾渭黎亚洲徐洪涛韦中悬

(1.广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞 523120)

(2.中国特种设备检测研究院 北京 100029)

(3.上海理工大学 能源与动力工程学院 上海 200093)

工业锅炉用燃烧器标准现状及安全运行要素

何泾渭1黎亚洲2徐洪涛3韦中悬1

(1.广东省特种设备检测研究院东莞检测院 东莞 523120)

(2.中国特种设备检测研究院 北京 100029)

(3.上海理工大学 能源与动力工程学院 上海 200093)

本文介绍了工业锅炉燃烧器的分类情况，分析了国内外燃烧器标准现状，指出了目前我国燃烧器相关标准不足的问题，重点介绍了《锅炉用液体/气体燃料燃烧器技术规范》国家标准意见征求稿内容，详细给出了有关燃烧器安全运行相关要素。该标准的颁布施行对于实现我国工业燃烧器的安全运行和促进燃烧器行业发展有重要的意义。

工业锅炉 燃烧器 安全运行要素 国家标准

随着社会的不断发展进步和我国整体工业化水平的不断提高,燃烧器作为一种高效地将燃料化学能转化为热能的设备已经广泛运用于人们生产生活中的方方面面。近年来,由于燃烧器违规操作而在点火启动和运行中发生爆燃和爆炸的事故越来越多。以最近的事故为例,2017年1月12日上午,湖北省枝江市某企业一台卧式内燃锅炉在调试点火时发生炉膛燃爆事故,造成2人死亡,7人受伤,国家质检总局办公厅为此专门发布了《关于燃气锅炉风险警示的通告》。燃气锅炉事故的频频发生不仅造成大量的经济损失,更严重的是人们的生命安全也受到了威胁。现在,如何保证燃烧器安全生产运行已经受到人们的广泛重视。

燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合(或混合喷出)燃烧的装置统称。燃烧器按类型和应用领域分工业燃烧器、燃烧机、民用燃烧器和特种燃烧器等几种[1]。其中,工业燃烧器在工业设备中应用广泛,涉及各种工业生产与民用领域,如电力企业、钢铁企业、水泥企业、玻璃企业和建材行业等。工业燃烧器分类方式多样,按照使用对象分为窑炉燃烧器、锅炉燃烧器和加热炉用燃烧器等,按照燃料方式工业燃烧器可分为液体燃料燃烧器、气体燃料燃烧器以及煤粉燃烧器三种。其中,液体燃料燃烧器又可以细分为轻油、重油和醇基等燃料燃烧器;气体燃料燃烧器又可分为液化石油气、天然气和城市煤气燃烧器。煤粉燃烧器是以煤粉为燃料,又可分为旋流式和直流式煤粉燃烧器。按照结构分类,工业燃烧器又可分为整体式燃烧器和分体式燃烧器。目前,工业燃烧器种类很多,可以满足人们生产和生活中各种不同的需求,平常所说的燃烧器主要指的是锅炉用燃烧器[2]。

进入21世纪后,随着我国市场经济的迅猛发展,改革开放日益深入,整个社会面临的环境污染问题越来越突出,这迫使人们在重视传统的“金山银山”的同时也开始关注于影响人们生活质量的“绿水青山”,国家对环境保护也越来越重视,各种环保政策与举措力度不断加大。基于此,我国对整个社会能源消耗结构做出了相应调整,以工业燃烧器为例,其所使用的燃料结构开始呈现多元化趋势,传统的燃煤燃烧器市场日益萎缩,液体燃料和气体燃料燃烧器开始异军突起。

近几年随着科技的发展,在工业生产和人们生活中也出现了一些新型燃烧器,如表面燃烧器、醇基燃料燃烧器和生物质气体燃烧器等。其中表面燃烧技术是近10年发展起来的具有高效节能、低污染的新型燃烧技术,技术的核心是多孔材料燃烧器。燃气在多孔材料内部和表面进行燃烧,主要以辐射换热为主[3]。醇基燃料燃烧器是以醇类(如甲醇、乙醇、丁醇等为主体配置的)物质作为燃料的燃烧器,生物质气体燃烧器是以生物质冷态热解气或生物质热态热解气为燃料的燃烧器,醇基燃料和生物质气体燃料都为可再生能源,从而减少环境的污染和化石能源的消耗。

1 燃烧器国内外标准现状

目前,欧美等发达国家对应用燃气和燃油的燃烧技术,包括对工业燃烧器的研究历史悠久,而且已研发出了专门的工业燃烧器检测装置和方法,建立了多方面多层次的判定准则以及许多针对不同工业燃烧器类型的技术标准,如针对全自动鼓风燃气燃烧器的最新欧洲标准EN 676—2016 Automatic Forced Draught Burners for Gaseous Fuels[4]和强制鼓风燃油燃烧器的最新欧洲标准EN 267—2016 Automatic Forced Draught Burners For Liquid Fuels[5]。同时,随着污染物排放要求日益严格和先进燃烧技术与自动控制技术的发展,这些欧美国家如德国、美国等也在不断地调整并更新与工业燃烧器有关的技术标准。

随着中国社会的进步和科技的发展,燃烧器行业的发展越来越快,燃烧器种类和适用范围不断增加。GB/T 19839—2005《工业燃油燃气燃烧器通用技术规范》[6]和TSG ZB001—2008《燃油(气)燃烧器安全技术规则》[7]作为保障燃烧器安全运行,避免和减少燃烧器设备事故的重要的技术规则已经实施多年,技术规范里面对于燃烧器的结构与设计、安全与控制装置、安装与系统、运行与维护、技术和铭牌做出了规定。随着时间的推移,该技术规范和规则已不能完全适应现阶段我国燃烧器的整体情况,需要一整套新的关于燃烧器的国家标准来对燃烧器整个行业产品进行规范。

基于上述原因,2015年12月,国家标准委以国标委综合【2015】73号《国家标准委关于下达2015年第三批国家标准制修订计划的通知》下达了标准起草任务,项目编号为20154018-T-469。中国特种设备检测研究院组织有关专家成立了起草组,讨论了《锅炉用液体和气体燃料燃烧器技术条件》的编制原则、编制重点内容及主要问题、结构(章节)框架,并且就起草工作进行了具体分工,制定了起草工作时间表。2016年4月在上海、2016年7月在大庆、2016年12月在无锡对标准的内容进行讨论,于2017年2月完成了标准的征求意见稿初稿,并提交全国锅炉压力容器标准化技术委员会锅炉分技术委员会秘书处。

新的燃烧器国家标准《锅炉用液体/气体燃料燃烧器技术条件》(征求意见稿)(以下简称“标准征求意见稿”)与原GB/T 19839—2005和TSG ZB001—2008相比,其内容更加完善和全面,不但对锅炉用燃烧器安全运行条件进行了规范,同时规定了锅炉用液体/气体燃料燃烧器的分类与型号、组成与基本配置、基本要求、性能要求、设计与制造、检验与试验、安装与调试及使用与改造维护等方面的技术要求。“标准征求意见稿”借鉴了欧美燃油和燃气燃烧器的国际标准,结合我国燃烧器行业现状,制订了覆盖范围广、适应性强的技术规范要求,与国际先进水平保持同步。该标准适用于固定式锅炉用以液体/气体为燃料的自动强制鼓风燃烧器和自动自然通风燃烧器。各类工业窑炉、工业加热炉及其他用途燃烧器可参照该标准执行。

“标准征求意见稿”对燃烧器进行了更为细致的分类,并对燃烧器产品型号进行了科学规定。同时,对燃烧器型式试验机构、型式试验人员、改造及检测、调试人员和制造单位及人员进行了规范。该技术规范涵盖了特殊燃烧器的设计、安装和使用要求,包括醇基燃料、生物质油、低热值气、可燃工业尾气等非常规的液体和气体燃料燃烧器。进一步细化了燃烧器的安全启动步骤,增加了燃烧器停机后进行后吹扫的要求。另外,给出了燃烧器在出现故障时的处理办法;给出了燃烧器配套电气安全条件;给出了燃烧产物原始排放浓度参照表,对燃烧器在运行时产生的噪声进行了规定。最后,对燃烧器在设计、部件连接密封、空气流量装置、燃气压力保护装置、切断阀、点火装置、空气/燃料比例调节装置等进行了规定。

“标准征求意见稿”对燃烧器生产制造、安全运行和调试安装等进行了规范,符合现阶段我国燃烧器整体发展状况。

2 燃烧器安全运行要素

“标准征求意见稿”中,对燃烧器安全运行要素重新进行了明确的规定。与燃烧器安全运行要素有关的包括前吹扫、后吹扫、启动热功率、安全时间和停机等。以下针对上述要素分别介绍。

2.1 前后吹扫时间

燃烧器在点火之前,应先检查点火的条件是否满足。首先,观察燃料管道外观是否有破损,检查管道线路相关的阀门是否处于正常的状态,管路及接头法兰等有无松动或泄露现象,观察燃料压力是否正常,并用测漏仪检测气体燃料是否有泄漏[8]。然后,检查燃烧器外观是否完好无损,是否与炉膛之间安装牢固并调整完毕,手动启动鼓风机查看风机电机旋转方向是否正确。燃烧器外部的电路联接应符合电器安装要求,燃烧器控制柜电源送电后,确认程序控器等部件接插牢固无松动[9]。对燃烧器进行冷态程序模拟,观察运行中程序控制器走位是否正确,各部件动作时序是否正确。

“标准征求意见稿”中规定燃烧器点火装置通电前必须对燃烧室和烟道内部进行前吹扫,液体燃料燃烧器的前吹扫时间和前吹扫风量应符合以下要求:1)前吹扫风量应为额定输出热功率下的所需风量,并进行额定输出热功率下风门位置验证;2)前吹扫时间与前吹扫风量还应满足 TSG G0001《锅炉安全技术监察规程》的有关要求;3)液体燃料燃烧器的前吹扫时间和前吹扫风量应符合表1中的要求;4)对于气体燃料燃烧器的前吹扫时间和风量应符合表2中的要求; 5)双燃料燃烧器前吹扫时间和吹扫风量应按照气体燃料燃烧器的要求。

表1 液体燃料燃烧器前吹扫时间和前吹扫风量

表2 气体燃料燃烧器前吹扫时间和吹扫风量

锅炉正常运行状态下,温度、压力等调节装置发出停机信号时,燃烧器应受控停机,燃烧器受控停机后,应立即进行吹扫,吹扫时间应符合表3的要求。

表3 燃烧器后吹扫时间

2.2 启动热功率和安全时间

“标准征求意见稿”中规定,液体燃料点火燃烧器点火应符合以下要求:1)点火燃烧器电火花点火后,若点火燃烧器与主燃烧器开启的时间间隔超过5s,应对点火火焰进行监控;2)在火焰未点燃且在安全时间内切断燃料供应的情况下,点火燃料最多允许供应10s(5s为预点火时间,5s为安全时间),无须在预点火时间(5s)内单独监控点火火焰。气体燃料点火燃烧器点火应符合以下要求:1)除阀门检漏以外,在电火花点火装置或其他点火装置通电前点火燃气阀不应通电;2)对于输出热功率大于或等于120kW的燃烧器,点火燃气从两个主燃气安全切断阀之间引出,在启动前,下游主燃气安全切断阀不应通电;3)如果点火燃气是由下游主燃气安全切断阀的位置控制的,应安装调压装置使点火燃气量达到本标准要求,且使燃气压力大于系统阻力。

“标准征求意见稿”中,对液体燃料燃烧器在不同额定输出功率下的点火安全时间和最大允许启动热功率的要求见表4,气体燃料燃烧器在不同额定输出功率下的点火安全时间和最大允许启动热功率的要求见表5。

表4 液体燃料燃烧器启动热功率和安全时间

表5 气体燃料燃烧器启动热功率和安全时间

2.3 停机

“标准征求意见稿”中规定,在启动或运行过程中,出现以下任何一种情况时燃烧器应安全停机:1)电源、动力气源中断或异常;2)燃气压力低于设定值; 3)液体燃料燃烧器出现雾化介质故障、燃料压力低、燃料温度低、带有回流式喷嘴的燃烧器回流压力高、采用旋转雾化器时转杯速度低等。

当燃烧器在前吹扫期间出现故障时,应安全停机并联锁保护。对于输出热功率小于或等于120kW的燃烧器,允许安全停机后进行1次重启,如果重启失败应安全停机并联锁保护。当燃烧器点火期间出现火焰故障时,燃烧器点火期间发生火焰故障应安全停机并联锁保护,强制鼓风燃烧器可按照完整启动程序重启,最多允许重启2次,如果2次重启均失败,应安全停机并联锁保护。当燃烧器在运行期间出现火焰故障,应安全停机并联锁保护。对于输出热功率小于或等于400kW的液体燃料(醇基燃料除外)燃烧器,允许安全停机后按完整启动程序进行1次重启,如果重启失败应安全停机并联锁保护。

3 总结

本文重点介绍了《锅炉用液体/气体燃料燃烧器技术规范》新的国家标准出台的背景和必要性,详细介绍了与工业锅炉用燃烧器相关的安全运行要素。该标准有效地填补了现阶段我国锅炉用燃烧器行业标准的不足,同时对于燃烧器发展和创新起到一定的规范指导作用,对于实现燃烧器的安全运行和促进燃烧器行业发展有重要的意义。

[1] 邬凯，吴丽梅，安欣．等．燃烧器分类及形式[J]．黑龙江科技信息，2013，（01）：69．

[2] 刘红星，王明庭，刘景新，等．燃气燃烧器安全运行措施探讨[J]．节能，2013，（08）：68-72+3．

[3] 汤慧萍，奚正平，廖际常，等．金属多孔材料表面燃烧器的发展现状[J]．稀有金属材料与工程，2006，（S2）：423-427．

[4] EN 676—2016 Automatic Forced Draught Burners for Gaseous Fuels[S]．

[5] EN 267—2016 Automatic Forced Draught Burners For Liquid Fuels[S]．

[6] GB/T 19839—2005 工业燃油燃气燃烧器通用技术规范[S]．

[7] TSG ZB001—2008 燃油(气)燃烧器安全技术规则[S]．

[8] 降涛．谈燃气锅炉房燃烧器安全管理[J]．区域供热，2013，（02）：81-83+87．

[9] 童敏．燃气燃烧器安全控制技术探讨[J]．中国石油和化工标准与质量，2012，（01）：84．

Standard Status Quo and Safety Operation Factors of Burners for Industrial Boilers

He Jingwei1Li Yazhou2Xu Hongtao3Wei Zhongxuan1
(1.Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research Dongguan Branch Dongguan 523120)
(2. China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)
(3. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology Shanghai 200093)

This paper introduces the classifcation of industrial boiler burners, analyzes the status of burner standard at home and abroad, and points out the problem of insuffcient standard of burners in China. The contents of the national standard of Specification for Liquid Fuels and Gaseous Fuels Burners of Boilers are introduced in detail, and the relevant factors related to the safe operations of the burner are presented. The implementation of this standard is signifcant for the safe operations of Chinese industrial burner and the promotion of the development of the burner industry.

Industrial boiler Burner Safety operation factor National standard

X933.4

B

1673-257X(2017)08-0005-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2017.08.002

何泾渭（1960～)，男，本科，高级工程师，从事压力容器检验检测与管理工作。

何泾渭，E-mail： hogingwei@126．com。

2017-04-10）