燃气锅炉问答

燃气锅炉气体燃料的燃烧特点以及分类

发表时间:2020-10-03 14:12

燃气锅炉气体燃料作为一种优质的锅炉燃料,它的燃烧具有一系列优点: 
(1)燃气锅炉燃烧方法简单,容易实现自动化、智能化。 
(2)点火、停炉操作简单,并可实现冷炉点火。 
(3)过量空气系数可以接近1.0,排烟热损失小,无灰渣产生,有害气体的排放量也较小, 有利于保护环境。 
(4)燃气锅炉燃烧热强度大,容积热负荷(单位时间单位体积内燃烧所释放出的热量)高,并可以实 现无火焰燃烧。 
(5)可以进行余热回收利用,用作预热燃料或其它用途,以提高能源的利用效率。但是,气体燃料的运输和贮存较为困难,目前阶段价格较高;有些气体燃料有毒性;气体燃料与一定量的空气混合后,有发生爆炸的危险。这些缺点使得气体燃料的使用条件非常严格。 气体燃料的燃烧一般包括三个基本过程,即燃料和空气的混合过程、混合气体的升温和着火过程、混合气体的燃烧过程。前两个过程本质上是燃料和氧化剂之间发生物理性接触的过程。

因此,燃气锅炉气体燃料燃烧所需要的全部时间由两部分组成,即燃料与空气之间发生物理性接触所需要的时间tpa和进行化学反应所需要的时间ta, 亦即 t=rph+tch 如果tph<th, 则t~ts, 此时称燃烧过程在动力区进行。将燃气锅炉燃气和燃烧所需要的空气预 先完全混合后均匀地送入炉膛燃烧,可以认为是在动力区内进行燃烧的一个例子。 如果tjh~th, 则r~tph, 此时称燃烧过程在扩散区进行。例如, 将燃气锅炉气体燃料和燃烧所需要的空气分别送人炉膛进行燃烧,由于炉膛温度较高,化学反应可在瞬间完成,此时的燃烧所需要的时间就完全取决于混合时间,燃气锅炉燃烧就在扩散区中进行。当燃烧过程在动力区进行时,燃烧速度将主要受化学动力学因素的控制,例如,反应物的活化能、混合物的温度和压力等。当燃烧过程在扩散区进行时,燃烧速度则主要受流体动力学因素的控制,例如,气流速度的大小、流动过程中所遇到的物体的尺寸大小和形状等。 
   
燃气锅炉扩散区和动力区是燃烧过程的两个极限区,二者之间的燃烧过程称为中间区或动力-扩散区。在中间区,燃气锅炉燃烧过程所需的物理性接触时间和化学反应时间相接近,即tph~th此时的燃烧速度与流体动力学和化学动力学因素都有关系。 一般可采用一次空气系数ay来分燃烧过程所属的区域。所谓的一次空气系数,是指燃烧反应前预先同燃气混合的空气量与理论空气量之比。显然,扩散区燃烧时,燃料与空气不预 先混合,1=0;动力区燃烧时,燃料与燃烧所需的全部空气预先混合,≥1;动力-扩散区燃烧 时,燃料只与部分空气预先混合,0<ay<1。 
根据上述特点,气体燃料的燃烧可作如下分类:
(1)燃气锅炉扩散式燃烧。此时的燃烧主要在扩散区进行。 
(2)燃气锅炉完全预混式燃烧。此时的燃烧主要在动力区进行。 
(3)燃气锅炉部分预混式燃烧。此时的燃烧在动力-扩散区进行。 
扩散式燃烧时,由于燃料和空气在进人炉膛前不预先混合,而是分别送入炉膛后,一边混 合,一边燃烧,燃烧速度较慢,火焰较长、较明亮,并且有明显的轮廓,因此,扩散燃烧有时也称 为有焰燃烧。燃烧速度的大小主要取决于混合速度,为实现完全燃烧则需要较大的燃烧空间。 为了减小不完全燃烧热损失,要求较大的过量空气系数,一般α=1.15~1.25。燃气中的重碳氢化合物在高温缺氧条件下易于分解,形成碳黑,造成机械不完全燃烧热损失,但却使火焰的黑度增加,辐射换热能力增强;由于燃气和空气在进人炉膛前不混合,所以无回火和爆炸的危险,可将燃料和空气分别预热到较高的温度,以利于提高炉内温度水平,提高热效率。燃烧所需要的空气由风机提供,因此不需要很高的燃气压力,单台烧嘴的热功率可以较高。 

完全预混式燃烧时,由于燃料和空气在进入炉膛前就已经均匀混合,所以燃烧速度快,火 焰呈透明状,无明显的轮廓,故完全预混式燃烧也称为无焰燃烧。燃气锅炉燃烧速度主要取决于化学反 应速度,即取决于炉内的温度水平;由于火焰很短,燃气锅炉燃烧室的空间可以较小,容积热负荷可以 较大;空气过量系数可以较小,例如,α=1.05~1.1,因而燃烧室的温度较高,几乎没有化学不 完全燃烧热损失。由于燃烧速度快,燃料中的碳氢化合物来不及分解,火焰中游离的碳粒较少,火焰的黑度较小,辐射能力较弱,有时为了提高火焰黑度,增强火焰的辐射能力,人为地在某一区域提高燃气的浓度,使之发生裂解,形成发光火焰,或者喷人可以辐射连续光谱的重油或固体可燃粒子,如煤粉、焦末、木炭粉等。由于燃料和空气在燃烧前已均匀混合,所以有回火 的危险,应严格控制预热温度。对于喷射式烧嘴,要求燃气有足够的压力,以免引起回火或引风量不足而出现燃烧不完全现象,燃气的热值越高,要求的燃气的压力越高。 
 
燃气锅炉部分预混式燃烧兼有扩散式燃烧和完全预混式燃烧的特点。 
 

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