关于燃烧系统机电一体化技术的实践探讨

关于燃烧系统机电一体化技术的实践探讨

李森

（徐州燃烧控制研究院有限公司 江苏徐州 221000）

摘要：在当前工业生产中，燃烧系统的机电一体化技术是提高能效和减少环境污染的关键技术之一。本文以徐州燃烧控制研究院有限公司提供的XSQ-QM型风道燃烧器为例，深入探讨了燃烧系统机电一体化技术在风道燃烧器中的应用与实践。通过对风道燃烧器的结构组成、工作原理、技术参数以及操作维护等方面的分析，本文揭示了机电一体化技术在提高燃烧效率、稳定性和环保性能方面的优势。特别是通过分级低压强制配风的设计，实现了燃油与风的均匀混合和剧烈燃烧，同时保证了燃烧器筒壁的常温状态，大幅提升了燃尽率至99%以上。

关键词：机电一体化技术；风道燃烧器；燃烧效率；环保性能；分级低压强制配风

引言：

在21世纪的工业发展中，节能减排已成为全球共同关注的议题。作为工业生产中不可或缺的燃烧过程，其效率和环保性能的提升显得尤为重要。传统的燃烧技术已经难以满足现代社会对高效、环保的严苛要求，因此，机电一体化技术的应用成为了燃烧技术革新的重要方向。本文将围绕风道燃烧器这一特定领域，展开对机电一体化技术实践应用的深入探讨。通过分析徐州燃烧控制研究院有限公司研发的XSQ-QM型风道燃烧器，我们将一窥机电一体化技术如何优化燃烧过程，提高燃烧效率，降低环境污染，并在此基础上探讨该技术在未来燃烧系统设计中的应用前景。

一、风道燃烧器机电一体化技术的应用背景与挑战

随着中国经济的快速发展，能源消耗和环境污染问题日益凸显，特别是在工业生产领域，燃烧过程的能效和排放问题成为了制约可持续发展的关键因素。风道燃烧器作为工业燃烧系统中的核心部件，其性能直接影响到整个系统的效率和环保水平。机电一体化技术，作为现代工业自动化和智能化的重要技术手段，为风道燃烧器的性能提升提供了新的可能性。在中国，风道燃烧器的应用遍布电力、石化、冶金等多个行业。以电力行业为例，根据中国电力企业联合会的数据，截至2023年，中国6000千瓦及以上电厂的装机容量已超过20亿千瓦，其中燃煤机组占比超过一半。这些燃煤机组的高效清洁运行对风道燃烧器提出了更高的要求。传统的风道燃烧器存在燃烧不充分、燃尽率低、排放污染物多等问题，这些问题不仅增加了能源消耗，还加剧了环境污染。

机电一体化技术的应用，使得风道燃烧器能够实现更精确的控制和更高的自动化水平。例如，通过采用先进的传感器和控制系统，风道燃烧器可以实现对燃油和助燃风的精确配比，从而优化燃烧过程，提高燃尽率。同时，通过实时监控和数据分析，可以及时发现和解决运行中的问题，减少故障发生的概率，延长设备寿命。机电一体化技术在风道燃烧器中的应用也面临着一系列挑战。首先是技术集成的复杂性，需要将机械、电子、控制等多个领域的技术有效融合，这对设计和制造提出了更高的要求。其次是系统的可靠性和稳定性问题，风道燃烧器在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下工作，如何保证机电一体化系统的长期稳定运行是一个难题。此外，还有成本控制问题，高科技的集成往往伴随着高成本，如何在提升性能的同时控制成本，是推广应用的关键。

在中国的实际案例中，徐州燃烧控制研究院有限公司研发的XSQ-QM型风道燃烧器就是机电一体化技术应用的一个典型。该型燃烧器采用了分级低压强制配风的设计，通过精确控制燃油和助燃风的混合比例，实现了高达99%以上的燃尽率。同时，该燃烧器还配备了高能点火装置，能够在各种工况下快速、可靠地点火，确保了燃烧过程的稳定性。这些技术的应用，不仅提高了燃烧效率，降低了运行成本，还显著减少了污染物的排放，为中国工业燃烧系统的绿色转型提供了有力的技术支持。

二、XSQ-QM型风道燃烧器的结构设计与优化策略

XSQ-QM型燃烧器采用了双强油枪的设计，这种设计能够确保燃油在燃烧器内部形成均匀的油雾，从而提高燃烧的完全性。油枪的种类为机械雾化油枪，其喷嘴由分油盘、旋流片、雾化片和大螺帽组成，这种结构简单而高效，能够在1.0MPa的压力下将0#轻柴油雾化成细小的油滴，形成旋转的中空锥型油薄膜，进一步撕裂、破碎，以实现更好的燃烧效果。燃烧器的配风系统采用了分级低压强制配风的方式。这种设计能够根据油雾燃烧的需要，逐步提供适量的助燃风，确保燃油与空气的混合比例始终保持在最佳状态。根据徐州燃烧控制研究院有限公司提供的数据，该燃烧器的助燃风量可在1000-4000Nm3/h范围内调节，助燃风温度为常温，这样的设计有助于提高火焰的稳定性和燃烧效率。

XSQ-QM型燃烧器的燃烧筒设计也非常关键【2】。燃烧筒内部形成的气膜保护层，能够有效地对燃烧筒进行冷却，保持燃烧筒壁在常温状态，从而避免了高温下的热应力和腐蚀问题。据实际运行数据显示，该燃烧器的火焰中心温度可达1800～2000℃，而燃烧筒壁的温度却能保持在安全范围内，这一点对于提高燃烧器的使用寿命和安全性至关重要。

为了进一步提升燃烧效率和环保性能，XSQ-QM型燃烧器还配备了高能点火枪。这种点火枪采用高能电容放电技术，能够在交流工频220V的电源下产生高达2500±5% VDC的输出电压，产生强烈的电弧火花，从而实现快速、可靠的点火。点火枪的设计还考虑了耐高温的需求，其发火端耐温可达长期≤800℃，短时间内可承受1250℃的高温，确保了点火系统的稳定性和可靠性。

表1：XSQ-QM型风道燃烧器的主要技术参数

三、燃烧效率提升与环保性能优化的综合分析

燃烧效率的提升直接关联到能源的节约和成本的降低。根据徐州燃烧控制研究院有限公司的数据，XSQ-QM型风道燃烧器的燃尽率高达99%以上，这意味着几乎所有的燃油都能在燃烧过程中被充分利用，大大减少了能源的浪费。同时，高燃尽率也减少了因未完全燃烧而产生的碳颗粒和其他有害物质的排放，这在环保性能上是一个显著的提升。环保性能的优化不仅体现在减少污染物排放上，还包括对氮氧化物、二氧化硫等有害气体的控制。XSQ-QM型燃烧器采用的分级低压强制配风技术，通过精确控制助燃风量和燃油供给，实现了燃烧过程的优化，有效降低了氮氧化物的生成。在京能集宁二期（2×660MW）机组的实际运行中，该型燃烧器的应用使得氮氧化物排放量较传统燃烧器减少了约30%，这一成果对于改善空气质量和实现绿色生产具有重要意义。

燃烧器的设计还充分考虑了设备的稳定性和安全性。XSQ-QM型燃烧器的燃烧筒采用气膜保护层设计，有效隔绝了高温火焰对筒壁的直接接触，保护了设备免受热损伤，延长了设备的使用寿命【3】。同时，这种设计也降低了因高温导致的结焦和烧蚀问题，减少了维护成本和停机时间。在实际应用中，XSQ-QM型燃烧器还配备了高能点火装置，这一装置能够在各种工况下快速、可靠地点火，确保了燃烧过程的连续性和稳定性。点火装置的设计考虑了耐高温的需求，其发火端耐温可达长期≤800℃，短时间内可承受1250℃的高温，这为燃烧器在极端条件下的稳定运行提供了保障。

结语：

XSQ-QM型风道燃烧器的案例分析深刻阐释了这一点，其结构设计的创新与优化策略不仅实现了高达99%的燃尽率，还显著降低了有害气体的排放，体现了高效能与环保性的双重优势。在中国工业发展的大背景下，这样的技术创新不仅响应了节能减排的政策要求，也为实现绿色生产和可持续发展提供了切实可行的解决方案。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，我们期待机电一体化技术能够在更广泛的领域内发挥其价值，推动工业生产向着更加智能、高效、环保的方向迈进。

参考文献

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[2]辛超,孙成田,张效源,等.基于EMD的锅炉燃烧系统自适应动态模型优化研究[J].粘接,2024,51(01):117-120.

[3]潘超宇,索志城,张骏利.9H燃机燃烧系统排气分散度高原因分析及对策[J].电力安全技术,2023,25(07):23-27.