燃气锅炉不完全燃烧原因分析与改进措施

燃气锅炉不完全燃烧原因分析与改进措施

王诚

山东泰安山锅集团有限公司 山东省 泰安市 271038

摘要：近年来，随着我国经济的快速增长，环境污染问题日益严峻，工业锅炉作为高耗能、高排放装置，节能减排问题引起了国家相关部门的高度重视。天然气作为清洁能源，逐渐开始代替煤油作为锅炉燃料，在工业生产中广泛应用。然而锅炉运行中，燃气不完全燃烧问题客观存在，不但不利于节能环保，也会在很大程度上影响锅炉的安全运行。

关键词：燃气锅炉；燃烧不完全

引言

天然气作为一种清洁的能源，越来越多的取代煤和油作为锅炉的燃料。尤其是在一些大城市，天然气较多的应用于工业锅炉。近两年，燃气工业锅炉的比例达到5%左右，且呈快速增长的趋势，一些城市燃气锅炉的比例已达到90%以上，燃气锅炉在我国有非常大的发展前景，我国是一个多煤少油气的国家，做好燃气锅炉节能意义重大。气体不完全燃烧损失是燃气锅炉一项重要的热损失，影响锅炉运行的安全性、经济性和环保性。

1、燃气锅炉的燃烧特性

1.1、燃气锅炉燃烧度

也是燃烧的完全程度。燃气燃烧的完全程度与燃气和空气旳混合均匀程度有关。在空气量充足、混合充分的条件下，燃气锅炉能够达到完全燃烧。燃气锅炉的燃烧度高低直接影响着锅炉的效率和燃料消耗量。

1.2、过剩空气系数

由于燃气锅炉为正压燃烧，炉膛漏入空气几乎为零，所以燃气锅炉排烟中的过量空气是没有参与燃烧的空气，它的大小直接影响燃烧温度和锅炉热效率。为了提高燃气锅炉的热效率,应该尽量减小过程空气系数。

1.3、火焰特性和炉膛的匹配度

燃气锅炉的火焰特性与炉膛结构的匹配是关系密切的。如扩散燃烧时,其半发光火焰比无焰辐射能力强,对炉内传播有力;回焰燃烧,要求燃烧喷嘴的流速高、射程远,炉内火焰充满度较好。在火管炉膛内,要求火焰为圆形,而在其他炉膛内,要求扁平火焰。

2、燃气锅炉不完全燃烧的原因

2.1、燃气量和风量不匹配

燃气锅炉运行过程中，鼓风机将空气加压后送入炉内与燃气混合、升温、燃烧，如果锅炉燃烧调整不正常，燃气量和风量匹配不合理，将造成燃气燃烧不完全，从而降低锅炉运行的经济性。

2.2、火焰温度降低

为确保燃气可以持续稳定燃烧且形成完整火焰，应当确保火焰维持在标准温度，如果火焰和低温物体接触导致其温度降低，就会发生不完全燃烧现象。

2.3、排烟不充分

燃气锅炉运行所产生的烟气必须及时顺畅地排出才能保证燃烧效率，如果没有控制好烟气排出导致部分烟气停留在炉膛内，从而让燃烧所需空气供给不足，也会发生不完全燃烧现象。

3、燃气锅炉不完全燃烧的危害

3.1、降低热效率

由于不完全燃烧现象的存在，导致锅炉炉膛内形成还原性环境，加之高温环境下燃气内的高C分子成分开始碳化集结，滞留在烟管内壁或水管外侧，长期就会形成较多烟灰，导致锅炉受热面热阻提升，换热率降低，排烟温度逐步提高，排烟环节的热损失过大，影响燃气锅炉的运行效率。

3.2、产生大量CO

燃气不完全燃烧会产生大量CO，如有泄漏，将对司炉工的身体健康甚至生命产生极大的威胁,而且会增加锅炉爆炸事故的风险，对锅炉吹扫提出了更高要求，具有较大的安全隐患。

3.3、产生碳黑

在燃气燃烧过程中，火焰区两侧的燃料和氧化剂都会受到加热。燃气(碳氢化合物)受热时将发生热分解，原始化合物的脱氢和碳原子的积聚可形成重碳氢化合物，乃至生成相当小的固体碳粒。这种碳粒可以以细尘状散布在气体中。碳粒的燃烧是一种两相燃烧,燃烧所需的时间较长,由于燃气未能完全燃烧，造成碳粒来不及燃烬就被燃烧产物带走,从而形成了碳烟。碳烟的产生不但造成很大的能量损失,而且会严重污染环境。并且碳黑容易积聚在水冷壁上,影响传热,降低锅炉的热效率,并且给运行人员加大了工作量,严重危害身体健康。

4、燃气锅炉不完全燃烧的技改措施

4.1、避免燃气锅炉燃烧器频繁启停

在使用燃气锅炉时要注意，燃气锅炉的燃烧器一定不要频繁地进行启动和停止。燃气锅炉频繁启停不但会影响到机器的使用寿命，还会造成燃烧热损失，因为燃气锅炉燃烧器在每次启动前为了防止炉膛内原来积存的可燃性气体遇到明火时爆燃，根据每种燃气锅炉型号不同，需要的吹风时间会在三十秒到两分钟之间不等，在此之后燃气锅炉的火焰配比也需要稳定时间，而这段时间内燃气锅炉燃气与空气无法达到最佳配比，造成燃料的低效浪费，同时也对锅炉寿命造成不利影响。选用合适的燃烧器，合理控制锅炉的负荷，是避免燃烧器频繁启停的有效措施。

4.2、定期对燃气锅炉进行保养维护

为了保持燃气锅炉的正常使用寿命，需要安排专业人员定期对锅炉进行维护保养，这样不仅可以提前排查出燃气锅炉运行中存在的安全隐患，及时发现尽早排除，同时可以使锅炉维持在最佳运行状态，从而降低能耗。在对燃气锅炉进行维护时，应按照锅炉维护手册，根据厂家指导意见，采用正确的操作方法，来对燃气锅炉进行细致的维护和保养。定期清理烟道，避免积灰造成锅炉烟气系统换热效率下降。定期清理锅炉锅筒及汽水管道，避免因长时间运行加上锅炉进水水质较差，含钙镁离子硬度偏高，而药品投加不足的问题导致锅筒和管道内壁结垢，水垢会加大换热面厚度，阻碍锅炉烟气与水的换热，降低换热效率。另外，锅炉燃烧器运行状态不好时，燃气不完全燃烧会导致锅炉积炭，长时间不清洗也会导致锅炉热效率降低。与此同时，燃烧器未调试到最佳，燃气/空气配比不合理，也会导致燃烧不充分或者过量空气系数过大，从而使锅炉运行效率降低。运行维护人员应在充分熟悉锅炉维护与保养知识的前提下，多总结运行维护经验，科学地保养维护锅炉，不仅可以延长锅炉使用寿命，还可以让锅炉始终保持良好的运行状态，最大化地提高锅炉效率，从而有效降低能耗，提升经济效益。

4.3、改进送风量控制与引风量控制

送风量控制改进的主要目标是确保送风量与燃气量维持在一个稳定的状态，促进燃气锅炉运行热效率提升。作业人员能够对送风机的动叶进行合理调整，送风量需根据燃烧率需求和燃气量比例关系计算。如果燃气量变化，送风量也应当及时进行调整。由于炉膛含氧量实际数据测量往往具有一定的滞后性，因此可以运用智能调节系统进行控制，送风量调节器和调风门可设置为快速反应系统，依靠氧量调节器进行校正，确保炉膛内部含氧量处在稳定值，进而让作业人员能够合理确定送风量。借助引风量控制改进能够确保锅炉炉膛负压稳定在设定允许波动的范围内，如果炉膛负压过低，很容易导致其中的火焰与烟气外溢，对锅炉设备与作业人员带来极大安全威胁；如果炉膛负压过高，会导致冷空气进入，从而使引风机过快运转，也容易出现安全事故。对此，作业人员需确保炉膛负压稳定在-200Pa左右，对引风量实施调节，通常情况下可选择单一回路调节方式，依靠设置前反馈来实现有效控制。

4.4、改进烟气中含氧量控制，提高锅炉热风温度

在燃烧控制系统中增加烟气含氧量闭环控制回路，以便在不同生产作业中合理调整烟气中的含氧量，保证燃料的完全燃烧。锅炉正常运行时，烟气含氧量应控制在2%～4%。通过监视炉膛火焰颜色和锅炉含氧量表数值的变化，及时调整锅炉燃气和空气量配比，降低锅炉不完全燃烧导致的热损失。合理配风，提高炉膛入口风温，既有利于燃料迅速燃烧又不会造成炉膛温度波动。具体操作方法是，通过调整热风再循环阀开度，适当提高送风机吸入口风温；根据燃烧情况进行配风调整，不参与燃烧的燃烧器配风减至最小，确保燃烧稳定，有利于提高炉膛温度。

结束语

燃气锅炉不完全燃烧产生的烟灰和碳黑不仅会降低锅炉热效率还会对环境造成严重的污染；不完全燃烧也会引起燃气的大量消耗，影响锅炉的节能性；产生的CO更不利于燃气锅炉的安全稳定运行。笔者结合锅炉不完全燃烧问题产生的原因，提出有效的技改措施，实现了锅炉燃气的充分燃烧，提升了锅炉运行的节能性、环保性、安全性和经济性。

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