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采用普通燃烧器时,火焰速度低,燃烧产物在被加热物表面的流动为层流,层流的对流换热系数为h1-Nu*λ/d。
式中 努谢尔特数Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr为普朗特数;Re为雷诺数;λ为气体的导热系数;d为流道当量直径。
采用高速气体燃烧器, 火焰喷射速度高(100 m/s~300 m/s),被加热体表面流动以紊流为主,紊流附面层局部放热系数为h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
设加热炉内腔尺寸为6.45m×2.3m×2.9m,燃烧产物温度为1 790 ℃,被加热体温度为900 ℃。
采用普通燃烧器,燃烧产物流速为5 m/s时,燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速气体燃烧器,燃烧产物流速为150 m/s时,燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
国外曾就辐射加热炉和高速对流加热炉进行过比较试验,在0 ℃~1 200 ℃的加热过程中,辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加热过程中,辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的10倍。
1980年,国内引进高速气体燃烧器在井式加热炉上进行技术改造,原有的辐射加热炉从0 ℃~650 ℃升温需要24 h,而采用了高速气体燃烧器的加热炉从0 ℃~650 ℃升温只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速气体燃烧器可以节省25%~30%。在油田,用高速气体燃烧器改造成三合一加热炉,加热效率提高了1倍,而燃料消耗量节约了20%。
高速气体燃烧器的燃烧产物高速冲进加热炉内,搅动多倍的炉内气体随之掺混,可以大大提高炉内温度均匀度。国外一家工厂用高速气体燃烧器改造加热炉后,炉内温度均匀度可由±15 ℃提高到±2 ℃。国内井式加热炉采用高速气体燃烧器后,炉温均匀度达到±7 ℃。
混合气体达到爆炸含量时,在密封容器内的爆炸压力,按不同气体可达到0.75~1.65Mpa。水管锅炉的炉膛和烟气通道的承压能力一般只有几百到几千毫米水柱,火管锅炉的炉胆承压能力比较高,不至于在炉膛内气体爆炸中损坏,但转向烟室一般不考虑承受高压。因此,混合气体的爆炸会给锅炉烟气通道的围护结构和受热面结构造成很大的破坏。
国内外燃油燃气锅炉的炉膛和烟道内气体爆炸事故屡有发生。轻则造成锅炉燃爆熄火,重则使炉膛和烟道爆裂、引风机损坏、锅炉房和烟囱受损,甚至造成人员伤亡事故。
分析和查明事故原因,都是因为在炉膛或烟道内有爆炸性混合气体存在,并达到爆炸极限,被明火或锅炉本身的高温引燃而发生事故。
在所有事故中,以锅炉点火过程中发生的事故多,约占燃油锅炉爆炸事故的50%以上,约占燃气锅炉爆炸事故的70%以上。
锅炉点火前,当因某种原因燃油燃气漏入炉膛,如阀门不密封、误操作、一次点火不成功等,而又未对炉膛烟道进行吹扫或吹扫时间不够、风量不足时,则点火时会发生爆炸。
锅炉运行中由于熄火引起爆炸的事故,燃油锅炉比较多,因为燃油锅炉熄火的可能性比较大。燃气锅炉的这类事故多发生在燃烧器前由于燃气压力或风压波动太大引起脱火或回火的情况下。
对负压运行的锅炉,当锅炉燃烧不良时,可燃气体进入锅炉后部烟道,与后部烟道漏入的空气混合形成爆炸性气体,在高温作用下,可能引起二次燃烧或爆炸。
由上述可知,要防止炉膛或烟道爆炸,首先在炉内无明火情况下应防止燃料进入炉膛,其次是要保证良好燃烧。作为措施,在点火之前必须仔细吹扫炉膛和烟道,使其内可能积存的可燃性气体及时排除。
从方面考虑,燃油燃气锅炉燃烧系统的自动化是必要的,包括点火预吹扫、点火程控、火焰检测、熄火保护、燃烧自动调节等。而这一切正是比例调节燃烧系统的标准配置。
中国工业电器理事长程其耀在会议上表示,根据发展和会颁布节能中长期发展规划和“一”大重点节能工程实施意见,工业锅炉“一”期间必须将现有在锅炉平均运行热效率提高5个百分点,年节约标准煤2500万吨。通过该认证,锅炉生产企业可在户和之间树立良好环境保护企业誉和品牌形象,为产品拓展市场提供有力支持,同时也为锅炉户选择产品提供方便和树立心,解决了企业、户、市场和环境管理部门共同问题。为了实现这一目标,工业燃气锅炉与企业将制定更为具体节能工作计划。首批27家企业纳入工作计划据该王善武介绍,近几年中,众多工业锅炉制造企业在开发能耗低、产品方面做了大量工作:上海工业锅炉厂开发水火管锅炉经过多次改进其热效率可达到83%以上,上海四方锅炉厂?。但是面对工业锅炉行业年产18万蒸吨锅炉、全国在锅炉55万台、178万蒸吨、年耗煤4亿吨、多数锅炉平均运行热效率只有65%现状,工业锅炉节能工作仍然任重道远。因此,工业锅炉根据历年统计资料选择了27家企业作为本计划实施对象和实施主体进行试点,在取得经验后再逐步推广。同时,该将进行锅炉节能措施和厂热效率、运行热效率等相关情况调研,在此基础上,组织行业专家对调研结果进行分析,针对具体大类产品提技术改进和完善化整体方案并组织相关企业实施,改进现有产品。推广全国效益可观程其耀还表示,要实现这一目标,还将建立节能工作长效机制。
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电厂锅炉是发电厂三大主要设备中重要的能量转换设备。它的作用是将燃料的化学能转变为热能,并利用热能加热锅内的水使之成为具有足够数量和一定质量(汽温、汽压)的过热蒸汽,供汽轮机使用。现在火力发电厂的锅炉容量大、参数高、技术复杂、机械化和自动化水平高,所以燃料主要是煤,并且煤在燃烧之前先制成煤粉,然后送入锅炉在炉膛中燃烧放热。概括地说,锅炉是主要工作过程就燃料的燃烧、热量的传递、水的加热与汽化和蒸汽的过热等。
燃烧器均采用带分、积分计算或更为复杂运算调节仪器(例如:比例调节仪、PLC、大型计算机控制等),通过对锅炉的出水温度、蒸汽压力、蒸汽流量、烟气中的氧含量、锅炉给水系统等因素的检测,同步连续动态调节燃料量和配风风量。一句话,燃烧工况只有随着锅炉工况、烟气排放的变化而进行同步连续调节,才能达到、环保的效果。
整个锅炉由锅炉本体和辅助设备两部分组成。锅炉本体是锅炉设备的主要部分,是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”是汽水系统,它主要任务是吸引收燃料放出的热量,使水加热、蒸发并后变成具有一定参数的过热蒸汽。它由省煤器、汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。辅助设备包括通风设备(送、引风机)、燃料运输设备、制粉系统、除灰渣及除尘设备、脱硫设备等。
欧盟燃烧器标准规定燃烧器必须具备:风压检测、火焰检测、熄火保护、燃气高压力保护、燃气低压力保护、漏气保护、排烟温度保护等,还要求燃烧器与锅炉超压、超温、水位、连续给水、排烟温度等进行联锁保护,锅炉的任何故障,燃烧器都必须同时停止运行。
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