锅炉屋

燃料提供的热量

热值

该值可以以两种方式“净”或“净”热值表示。

总热值

这是燃料中能量的理论总体。然而，所有常见的燃料含有氢，其用氧气燃烧以形成水，使堆叠作为蒸汽。

燃料的总热量值包括用于蒸发该水的能量。蒸汽锅炉厂上的烟气不浓缩，因此降低了锅炉厂的实际热量。

对空气量的准确控制对于锅炉效率至关重要：

• 过多的空气会使炉子冷却，带走有用的热量。
• 空气太少，燃烧就不完全，未燃烧的燃料就会被转移，产生烟。

低热值

这是燃料的热值，不包括排到烟囱的蒸汽的能量，是通常用来计算锅炉效率的数字。广泛的术语:

对空气量的准确控制对于锅炉效率至关重要：

• 过多的空气会使炉子冷却，带走有用的热量。
• 空气和燃烧太少将是不完整的，未燃烧的燃料将被携带，并且可能产生烟雾。

然而，在实践中，实现完全(化学计量)燃烧有许多困难:

• 燃烧器周围的条件不会完美，并且不可能确保碳，氢和氧分子的完全匹配。
• 一些氧分子将与氮分子结合形成氮氧化物(NO_x)．

为了确保完全燃烧，需要提供一定量的“多余空气”。这对锅炉效率有影响。

许多现有较小锅炉厂的空气/燃料混合物比的控制是“开环”。也就是说，燃烧器将具有一系列凸轮和杠杆，该凸轮和杠杆被校准以提供特定的空气，以用于特定的烧制率。

显然，作为机械设备，它们会磨损，有时需要校准。因此，它们必须定期得到维护和校准。

在较大的电厂，可能会安装“闭环”系统，在烟道中使用氧气传感器来控制燃烧空气阻尼器。

锅炉燃烧室漏气将对燃烧的精确控制产生不利影响。

立法

目前，全球对气候变化计划作出了承诺，160个国家签署了1997年的《京都议定书》。这些国家同意采取积极和个别的行动，以:

• 减少向大气中排放有害气体——

虽然二氧化碳(CO₂)是该协议涵盖的气体中效力最小的，也是迄今为止最常见的，约占要减少的气体总排放量的80%。

• 使可量化的燃料年减少 -

这可能采取的形式是使用替代的、无污染的能源，或者更有效地使用相同的燃料。

在英国，这一承诺被称为“英国国家空气质量战略”，并通过一系列法律法规发挥作用。其他国家也将采取类似的策略。

技术

关于污染的立法的压力，以及关于经济的锅炉用户，微芯片的功率大大提升了锅炉燃烧室和燃烧器的设计。

装有最新燃烧器的现代锅炉可能有:

• 再循环烟道气体，以确保最佳燃烧，最大限度地减少多余空气。
• 先进的电子控制系统，监测烟道气的所有组成部分，并对燃料和空气流量进行调整，以保持条件在规定的参数内。
• 大大提高了转换率(最大和最小点火率之间的比率)，使效率和发射参数在更大的范围内得到满足。

热损失

在讨论了锅炉炉膛内的燃烧，特别是正确的空气比例的重要性，因为它们关系到完全和有效的燃烧，它还需要回顾其他潜在的热量损失和低效的来源。

烟道气中的热损失

这可能是热量损失的最大单一来源，而工程经理可以减少大部分的损失。

损失是由离开炉的气体的温度引起的。显然，烟囱里的气体越热，锅炉的效率就越低。

气体温度过高可能有以下两个原因:

1. 燃烧器生产比锅炉的特定负载所需的热量：
   这意味着燃烧器和阻尼器机构需要维护和重新校准。
2. 锅炉内的传热面没有正常工作，热量没有传递到水中:
   这意味着传热表面被污染，并且需要清洁。

这里需要一些护理 - 烟道气的冷却太多可能导致低于“露点”的温度，并且通过形成增加腐蚀的可能性：

硝酸(来自空气中用于燃烧的氮)。

硫酸(如果燃料含有硫)。

水。

辐射损失

因为锅炉比它周围的环境热，一些热量就会转移到周围的环境中。

安装损坏或较差的绝缘将大大增加潜在的热量损失。

一个绝缘良好的5兆瓦或更多的壳式或水管锅炉将会向周围环境损失0.3到0.5%的能量。

这可能看起来不是一个大的数量，但必须记住，这是0.3到0.5%的锅炉的满负荷额定值，并且这一损失将保持恒定，即使锅炉不是出口蒸汽到工厂，只是简单的备用。

这表明，为了使锅炉运行更有效，锅炉装置应尽量达到其最大容量。这反过来可能需要锅炉房人员和生产部门之间的密切合作。

燃烧器调节

燃烧器的一个重要功能是调暗。这通常表示为一个比率，是基于最大射速除以最小可控射速。

调节速率不是简单地强迫锅炉使用不同数量的燃料，从经济和立法的角度来看，燃烧器提供有效和适当的燃烧，并在其整个运行范围内满足日益严格的排放规定，这一点越来越重要。

如前所述，作为锅炉燃料的煤往往仅限于特殊用途，如电站的水管锅炉。

油燃烧器

有效燃烧燃油的能力需要高的燃料表面积与体积比。经验表明，20和40 μm范围内的油颗粒是最成功的。

粒子是：

• 大于40 μm的颗粒在没有完成燃烧过程的情况下会被带入火焰中。
• 小于20μm可能会如此速度地行驶，使它们穿过火焰而不会燃烧。

油燃烧的一个非常重要的方面是粘度。油的粘度随温度而变化:油越热，就越容易流动。事实上，大多数人都知道重燃料油需要加热才能自由流动。不那么明显的是，温度的变化，以及粘度的变化，会对燃烧器喷嘴产生的油颗粒的大小产生影响。

因此，需要精确地控制温度，以在喷嘴处提供一致的条件。

压力射流燃烧器

压力喷射燃烧器只是加压管末端的一个孔。通常燃油压力在7至15 bar范围内。

在操作范围内，当燃料被排放到炉内时，在节流孔上产生的巨大压力降导致燃料的雾化。把拇指放在花园软管的末端也会产生同样的效果。

在孔口（喷嘴）之前立即改变燃料油的压力控制来自燃烧器的燃料流量。

如果燃料流量减少到50%，用于雾化的能量减少到25%。

这意味着，对于一个特定的喷嘴，可用的压降限制在大约2:1。为了克服这一限制，压力射流燃烧器配备了一系列可互换的喷嘴，以适应不同的锅炉负荷。

压力射流燃烧器优点:

• 相对较低的成本。
• 简单的维护。

压力射流燃烧器的缺点:

• 如果电站的运行特性在一天内发生了相当大的变化，那么锅炉将不得不关闭以更换喷嘴。
• 容易被碎片堵塞。这意味着维护良好的细网过滤器是必不可少的。

旋转杯燃烧器

燃油沿中心管供应，并排放到快速旋转的锥的内表面。当燃料油沿着杯移动时(由于缺乏向心力)，油膜随着盖的周长增加而逐渐变薄。最后，燃油从锥体的唇部喷射出来。

由于雾化是由旋转杯产生的，而不是由燃料油的某些作用(例如压力)产生的，因此调降比比压力喷射燃烧器大得多。

旋转杯形燃烧器优点:

• 健壮。
• 良好的调节比。
• 燃料粘度则不那么关键。

旋转杯形燃烧器的缺点:

• 买和维护更昂贵。

燃气燃烧器

目前，天然气可能是英国中使用的最常见的燃料。

作为一种气体，雾化不是问题，适当的混合气体和适当数量的空气是燃烧所需要的全部。

两种类型的燃气燃烧器正在使用'低压'和'高压'。

低压燃烧器

这些在低压下运行，通常在2.5和10毫巴之间。燃烧器是一种简单的文丘里装置，具有在喉部区域引入的气体，并且从外部绘制燃烧空气。

输出限制为大约1兆瓦。

高压燃烧器

这些在更高的压力下操作，通常在12到175毫巴之间，并且可以包括许多喷嘴以产生特定的火焰形状。

双燃料燃烧器

具有吸引力的“可中断”天然气关税意味着它是英国绝大多数组织的选择。然而，如果天然气供应中断，许多此类组织仍需继续运营。

通常的安排是在现场有可用的燃料油供应，并在没有燃气时用它来点燃锅炉。这导致了“双燃料”燃烧器的发展。

这些燃烧器以气体为主要燃料，但有一个燃烧燃料油的附加设施。

煤气公司发出的中断供应的通知可能很短，因此会尽快改用燃料油，通常的程序是:

• 隔离供气管道。
• 打开供油管线并开启燃油泵。
• 在燃烧器控制面板上，选择“燃油燃烧”。(这将改变不同燃料的空气设置)。
• 吹扫并重新发射锅炉。

这个操作可以在很短的时间内完成。在一些组织中，更换可能作为定期演习的一部分进行，以确保操作人员熟悉程序，并有任何必要的设备可用。

然而，由于燃料油只是“备用”的，而且可能只使用很短的时间，所以燃油燃烧设施可能是基本的。

在比较复杂的设备上，使用高额定的锅炉厂，可以撤除燃气燃烧器并替换燃油燃烧器。

燃烧器控制系统

读者应该意识到燃烧器控制系统不能孤立地观察。燃烧器、燃烧器控制系统和液位控制系统应相互兼容，并以互补的方式工作，以有效地满足电厂的蒸汽需求。

接下来的几段广泛概述了基本燃烧器控制系统。

开/关控制系统

这是最简单的控制系统，它意味着要么燃烧器在全速燃烧，要么关闭。这种控制方法的主要缺点是锅炉每次点火时都受到较大且经常发生的热冲击。因此，它的使用应限于500kg /h以下的小型锅炉。

开/关控制系统的优点:

• 简单。
• 最便宜。

开关控制系统的缺点:

• 如果在燃烧器刚刚关闭后，锅炉上又增加了很大的负荷，那么可用的蒸汽量就会减少。在最坏的情况下，这可能导致锅炉启动和锁定。
• 热循环。

高/低/关闭控制系统

这是一个稍微复杂的系统，其中燃烧器有两个射击率。燃烧器首先以较低的烧制速率操作，然后根据需要切换到充分烧制，从而克服了热冲击的最坏情况。燃烧器还可以在减少负载下恢复到低火位置，再次限制锅炉内的热应力。这种类型的系统通常适用于锅炉，输出高达5 000千克/小时。

高/低/关控制的优点:

• 锅炉能够更好地响应大负荷，因为“低火”的位置将确保在锅炉中有更多的存储能量。
• 如果在燃烧器处于“低火”状态时施加大负荷，它可以立即响应，通过增加燃烧速率到“高火”，例如，吹扫周期可以省略。

高/低/关闭控制系统的缺点：

• 比开关控制更复杂。
• 比开关控制更贵。

调节控制系统

调节燃烧器控制将改变燃烧速率，以匹配锅炉负荷在整个下降比。每次燃烧器关闭和重新启动时，系统必须通过向锅炉通道吹入冷空气进行清洗。这既浪费能源又降低效率。完全调制，然而，意味着锅炉一直在整个范围内燃烧，以最大限度地提高热效率和最小化热应力。这种类型的控制装置可以安装在任何型号的锅炉上，但必须安装在额定功率超过10000kg /h的锅炉上。

调制控制系统的优点:

锅炉更能承受大而波动的负荷。这是因为:

• 锅炉压力保持在其控制带的顶部，并且储存能量的水平最大。
• 如果在短时间内需要更多的能量，控制系统可以立即响应，通过增加点火速率，而无需暂停一个吹扫周期。

调制控制系统的缺点:

• 最昂贵的。
• 最复杂的。
• 要求燃烧器具有高的调节能力。