產(chǎn)品詳情
大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)
本文敘述了發(fā)展大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的必要性及其先點(diǎn)。它可提高爐管平均熱強(qiáng)度，降低造價；降低過剩空氣量，節(jié)約燃料；減少大氣污染，降低噪聲等。介紹了高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，并附有系列尺寸，可供設(shè)計(jì)參考。
大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)是高度強(qiáng)化燃燒的生物質(zhì)燃燒爐。它能適應(yīng)煉油廠管式加熱爐目前的發(fā)展方向：大型化、高效率、低污染、低噪聲、自動化和燒劣質(zhì)燃料等。
現(xiàn)代煉油廠管式加熱爐越來越大型化了。國外已有1億千卡／時，甚至有2.4億千卡／時的加熱爐投入運(yùn)轉(zhuǎn)。國內(nèi)設(shè)計(jì)的常減壓催化聯(lián)合加熱爐，已達(dá)0.8億千卡／時。如此大型化的加熱爐，再用原來普遍使用的小能量（≤300萬千卡／時）生物質(zhì)燃燒機(jī)顯然是不合適的。定大。因此在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時應(yīng)該了解和掌握各種材料的特點(diǎn)，針對產(chǎn)品要求和使用條件來合理地選用材料和制訂工藝。例如對于一些要求消除應(yīng)力處理的厚壁高壓容器需要考慮再熱裂紋問題，對一些具有角焊縫的厚板大型結(jié)構(gòu)，要考慮層狀撕裂問題，對一些碳、疏含量偏高或有嚴(yán)重偏析的材料就要考慮熱裂紋間題。
此外，在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時除了必須考慮到材料本身的可焊性外，焊接內(nèi)應(yīng)力也是一個非常重要的問題。焊接接頭內(nèi)的一些缺陷和使用性能，如各種各樣的裂紋，應(yīng)力腐蝕和焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞等都與內(nèi)應(yīng)力有關(guān)。影響焊接內(nèi)應(yīng)力大小的因素很多，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來考慮，焊縫分布、接頭型式、坡口大小、角焊縫的焊腳大小和焊縫強(qiáng)度的選擇等都對內(nèi)應(yīng)力有很大影響。有時單純從強(qiáng)度出發(fā)認(rèn)為加
大焊腳，提高焊條的強(qiáng)度級別總是比較安全可靠的，但實(shí)際上這樣卻加大了內(nèi)應(yīng)力，不l侖從缺陷的角度出發(fā)還是從接頭使用性能的角度出發(fā)都是不利的，它可能影響到焊接結(jié)構(gòu)安全的使用性。在設(shè)計(jì)時必須對這些問題加以全面考慮，有時寧可犧牲一些強(qiáng)度而來保證結(jié)構(gòu)的其它要求。從制造T藝來說，裝配質(zhì)量，焊接次序和悍接規(guī)范等也都對焊后內(nèi)應(yīng)力r『很大的影響。因此不僅在制訂工藝時要考慮到這些問題，而在施工過程中對這些工藝規(guī)程更必須嚴(yán)格遵守。
這樣多的生物質(zhì)燃燒機(jī)，在其布置和操作維護(hù)方面都是很困難的，更不用說實(shí)現(xiàn)燃料一空氣自動比例調(diào)節(jié)了。因此要求用于大型化加熱爐的生物質(zhì)燃燒爐必須是大能量的。
目前國外煉油廠管式加熱爐用的大能量生物質(zhì)燃燒機(jī)，最大發(fā)熱量已達(dá)5700萬千卡／時。但它不是高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)。國外煉油廠加熱爐采用的大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)發(fā)熱量一般在500～1500萬千卡／時的范圍內(nèi)。煉油廠管式加熱爐的用途是加熱油品，如果局部過熱會引起油品變質(zhì)或結(jié)焦，縮短操作周期，甚至燒壞爐管，造成事故。因此它要求：火焰形狀穩(wěn)定，剛直有力；火焰離爐管應(yīng)有足夠的距離，更不允許火焰舔著爐管。況且，煉油廠管式加熱爐的大型化不應(yīng)該是現(xiàn)有加熱爐的簡單放大和堆砌，它應(yīng)該具有更高的平均熱強(qiáng)度，更高的熱效率和盡可能小的體積。從這些要求出發(fā)，大型化的加熱爐所用的生物質(zhì)燃燒爐，不僅應(yīng)該是大能量的，而且還應(yīng)該是高度強(qiáng)化燃燒的。
一、高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1．提高爐管平均熱強(qiáng)度，降低造價對于一定的發(fā)熱量，燃燒速率越高，火焰就越小。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒速率一般比自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)高10一15倍(1)。如此高度
強(qiáng)化的燃燒，再加上有些高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)出口設(shè)計(jì)成收縮型，必然會產(chǎn)生很高的出口流速。有些特殊用途的高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，出口流速高達(dá)460米／秒左右[2]。生物質(zhì)燃燒機(jī)的高出口流速在爐膛內(nèi)起到射流作用，造成強(qiáng)烈的爐內(nèi)煙氣循環(huán)，使?fàn)t膛溫度和爐管表面熱強(qiáng)度的分布都很均勻。
對于煉油廠管式加熱爐來說，輻射爐管面平均熱強(qiáng)度是一個極為重要的參數(shù)。平均熱強(qiáng)度高，所需爐管就少，爐子體積小，總投資也就少。但是，平均熱強(qiáng)度不是隨便選取的，它受許多條件的約束，如爐管金屬的允許使用溫度、被加熱油品的裂解傾向、爐管表面熱強(qiáng)度分布的均勻性等。在前兩個條件相同的情況下，爐管表面熱強(qiáng)度分布越均勻，平均熱強(qiáng)度也就越高。
爐管表面熱強(qiáng)度分布的不均勻性包括沿管長和管子圓周的不均勻性兩個方面。采用自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的爐膛煙氣擾動不好，其傳熱主要是靠火焰輻射、煙氣中的三原子氣體輻射和自然對流來完成的。因此，爐管表面熱強(qiáng)度無論是沿管長還是沿管子圓周都極不均勻。一股的強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)雖然比自然通風(fēng)的好一些，但仍很不理想，采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)時爐膛煙氣被強(qiáng)烈擾動，傳熱主要是靠溫度高而均勻的煙氣輻射和強(qiáng)迫對流來完成的，火焰輻射的分額相對地減少很多，因此其爐管表面熱強(qiáng)度分布非常均勻。文獻(xiàn)介紹了在同一臺雙室立式管式爐內(nèi)采用一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)和高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所實(shí)測的熱強(qiáng)度分布曲線，如圖3所示。從圖3a中可以看出，采用一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)得到的爐管熱強(qiáng)度仍很不均勻。為了保證高值處爐管不被燒壞，油品不會裂解和結(jié)焦，只能將平均熱強(qiáng)度取得很低，這就使?fàn)t管有效利用率降低，爐子體積增大，總投資增加。而采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所得到的爐管表面熱強(qiáng)度卻非常均勻，如圖3b所示。這就能將平均強(qiáng)度取得很高仍不會造成高值處爐管燒壞或品結(jié)焦，從而大大提高了爐管有效利用率，減少了爐子總投資。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為，采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，對于新建加熱爐可以減25%的投資，對于已建的爐子則能相應(yīng)提高處理能力25%。
封和改進(jìn)生物質(zhì)燃燒機(jī)性能來解決。就生物質(zhì)燃燒機(jī)本身需要的過?？諝舛裕匀煌L(fēng)一般需要30～50%的過?？諝?，設(shè)計(jì)和操作維修好的，也需要20～30%的過?？諝?。因?yàn)樽匀煌L(fēng)空氣的動能小，燃料和空氣泥合很差，若過?？諝馓?，則會產(chǎn)生不完全燃燒，對提高效率反而不利。即使是一般的強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，其生物質(zhì)燃燒機(jī)前的風(fēng)壓，也只有25毫米水柱左右。由于其空氣動能不夠大，要達(dá)到完全燃燒也必須有10～15%的過?？諝?。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)一般都采用較高的風(fēng)壓(150～450毫米水柱)供風(fēng)，并且一般都有預(yù)燃筒約束空氣，使之不會散逸于爐膛，因此它可以在≤5%的過?？諝庀峦耆紵?。假定排煙溫度為400℃，則過?？諝饬繛?%的高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐比過?？諝饬渴?0%的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)可提高效率4%。排煙溫度為200℃時，仍能提高效率2%。僅就這一點(diǎn)而論，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐帶來的經(jīng)濟(jì)收益也是顯著的。如一臺燃燒發(fā)熱量為2160萬千卡／時的加熱爐。
2．降低過?？諝饬?，節(jié)約燃料油
影響加熱爐效率的主要因素是排煙溫度和過?？諝饬?。排煙溫度的降低是由增加傳熱而積和引入冷源（冷進(jìn)料、冷空氣和冷水等）來解決的。而過?？諝饬縿t靠爐殼的密高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所需鼓風(fēng)機(jī)耗電每小時約22度。以每度電折合0.3公斤油計(jì)算，效率提高4%，每年可節(jié)約燃料油(2160×4%-22x0.3)×8000/1000= 635.2噸（每公斤燃料油的熱值按1萬千卡計(jì)）。效率提高2%，每年仍能節(jié)約燃料油（2160×2%- 22×0.3）×8000／1000=291.2噸。
3．減少大氣污染，減輕爐管積灰和腐蝕
低過?？諝馊紵ɑ蚍Q低
氧燃燒）在減少大氣污染，減輕爐管積灰和減輕低溫和高溫腐蝕方面的作用也是相當(dāng)明顯的。
在燃燒過程中，硫被氧化成S02。在可以得到足夠的空氣時，它進(jìn)一步氧化成SO：，。煙氣中SO：，和0z濃度的關(guān)系示于圖4[3]。
燃料油中的釩在過剩空氣較低的情況下，絕大部分生成高熔點(diǎn)(1967℃)的V204，它不會在管子表面形成堅(jiān)硬的沉積物，也沒有腐蝕，因此它基本上是無害的。但在過?？諝饬枯^多時，則生成低熔點(diǎn)(800℃)的Vzoo。它常和鈉結(jié)合在一起，混合成低熔混合物沉積在爐管上，造成熱阻，減少傳熱，降低爐子效率，同時造成高溫硫一釩腐蝕。
早在六十年代初，德國首先用實(shí)驗(yàn)方法證明了低過?？諝馊紵跍p少污染方面的優(yōu)點(diǎn)。圖5表示爐管積灰與過?？諝獾年P(guān)系[4]。從圖中可以看出，過剩空氣量在3%時是個臨界點(diǎn)。當(dāng)過?？諝饬砍^3%時，爐管積灰迅速增加。
關(guān)于NO．的污染問題，從化學(xué)動力學(xué)觀點(diǎn)來看，NO．的生成主要取決于溫度，其次才取決于氧濃度。當(dāng)過?？諝鉁p少時，火焰溫度井高，生成的NO．應(yīng)增加。但是，加拿大海灣石油公司的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]表明，煙氣中NO．的濃度隨過?？諝獾臏p少而減少，見表1。文獻(xiàn)[5]也指出：高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)初期的N0．?dāng)?shù)據(jù)表明，它可能比相等發(fā)熱量的然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)低。關(guān)于這種反?，F(xiàn)象，文獻(xiàn)
[4，5，6，7]均未作出令人信服的解釋。
表1的數(shù)據(jù)還表明，在低過?？諝猓ㄒ?%）下燃燒，煙氣中的SO。和微粒含量均很?。⊿O。僅4～11 ppm V／Y，微粒儀0 .18～0.3克／米3煙氣），而危害較小的NOz含量卻很高(760～1232 ppm v/v)。
此外，低過?？諝馊紵臒煔庵?，三原子氣體(C02和水蒸汽)的含量比高過?？諘r高，而氣體輻射主要是靠三原子氣體，這對輻射傳熱顯然是有利的。
低過?？諝馊紵腥绱硕嗟暮锰?，引起了人們的極大重視。但對于自然通風(fēng)和一般制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)來說，即使人們付出極大的努力來改進(jìn)它們的結(jié)構(gòu)，仍不能達(dá)到理想的效果。只有在高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)問世之后，在如此低(≤5%)的過?？諝庀峦耆紵拍茏兂涩F(xiàn)實(shí)。
4．降低噪音，燃料范圍寬廣
生物質(zhì)燃燒機(jī)是煉油廠主要噪聲源之一。沒有隔聲罩的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，噪聲級一般是100～110分貝(A聲級)。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的噪聲級與一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的相似，比等量的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)低15—20分貝（A聲級）。
高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的另一個優(yōu)點(diǎn)，是它能燒寬范圍的燃料：從高壓高熱值的煉廠氣到低壓低熱值的廢氣；從極輕的汽油到極重的渣油、瀝青甚至泥煤。這一點(diǎn)對現(xiàn)代煉油廠也是很有意義的。因?yàn)槭蜕疃燃庸さ慕Y(jié)果是殘?jiān)驮絹碓街?，同時還產(chǎn)生一些低壓低熱廢氣，達(dá)些燃料用原來的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)來燃燒是很困難的。
二、高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)是怎樣
高度強(qiáng)化燃燒的燃料燃燒包括物理過程和化學(xué)過程。物理過程主要是燃料的蒸發(fā)以及燃料和空氣的擴(kuò)散混合?；瘜W(xué)過程主要是燃料分子的分解和可燃元素與氧的化合。就過程進(jìn)行的速率而言，化學(xué)過程比物理過程迅速得多。因此，生物質(zhì)燃燒機(jī)的首要任務(wù)是加速物理過程，而強(qiáng)化燃燒也首先是要強(qiáng)化物理過程。
所有的生物質(zhì)燃燒機(jī)都要求極細(xì)的霧化，這一點(diǎn)高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)也不例外。除這點(diǎn)外，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐主要是通過配風(fēng)和預(yù)燃筒來強(qiáng)化燃燒的。
在配風(fēng)方面，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)比自然通風(fēng)和一般強(qiáng)制通風(fēng)都大大強(qiáng)化了。它采用較高的風(fēng)壓(150～450毫米水柱)供風(fēng)，為空氣提供了足夠的動能，并在一個限制空間（預(yù)燃筒）內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋流或渦流，使燃料與空氣的混合過程大大地強(qiáng)化了。
高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)都采用預(yù)燃筒。它是一個專用燃燒室，不像一般生物質(zhì)燃燒機(jī)那樣用爐膛兼作燃燒室。預(yù)燃筒至少可以起兩個作用：1．約束空氣，保證旋流或渦流流型的實(shí)現(xiàn)，完
成與燃料強(qiáng)烈混合供給燃燒，而不至散逸刁：爐膛；2．保持燃燒區(qū)的高溫。這一點(diǎn)對于爐膛溫度低的煉油廠管式加熱爐尤為重要?，F(xiàn)在用的自然通風(fēng)或一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)都沒有預(yù)燃筒，火焰處在有吸熱面的爐膛內(nèi)，因此火焰溫度最高僅達(dá)1300～1400℃，火焰尾部只有800—1000℃。而在預(yù)燃筒內(nèi)，一般可達(dá)1800℃以上，甚至接近理論燃燒溫度(2000。C)。這樣高的溫度大大加速了燃料的蒸發(fā)、分解和氧化過程。采用預(yù)燃筒存在結(jié)焦和耐火材料壽命短兩個問題。這就要求配風(fēng)與油噴嘴的霧化特性（主要是霧化角）有良好的配合，采用高溫性能良好的耐火材料。恰當(dāng)配風(fēng)，使燃燒空氣適當(dāng)冷卻耐火材料表面，使之保持在允許的使用溫度范圍內(nèi)，這也是高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)中一個值得重視的問題。
簡言之，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)主要是通過燃料同空氣的強(qiáng)烈混合，以及預(yù)燃筒提供的高溫來高度強(qiáng)化燃燒的。
三、介紹兩種高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)
下面介紹兩種高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，以供參考。
1．環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)(Toroidal Burn-cr)[sD
環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)是英國額寇哈特(Urq-uhart)工程公司和日本渥爾卡諾(Volcano)有限公司共同制造出售的。它由油噴嘴和燃料氣噴嘴、點(diǎn)犬噴嘴以及環(huán)形渦流預(yù)燃筒組成。
燃料油可以是輕油，也可以是渣油、焦油、瀝青等重質(zhì)油。油噴嘴可以是外混式空氣霧化、內(nèi)混式高壓蒸汽（空氣）霧化或機(jī)械霧化的。操作參數(shù)如表。
燃料氣可以是煉油廠各裝置的副產(chǎn)氣、氫氣和其它廢氣等。燃料氣噴嘴是外混式的。燃料氣壓力應(yīng)大于燃燒空氣壓力，通常是1000毫米水柱～2公斤／厘米2。
點(diǎn)火噴嘴共3個。燒丙烷氣體或其它燃料氣。燃料氣壓力0.1～0.5公斤／厘米2。發(fā)熱量1～5X104千卡／時。點(diǎn)火電壓初級100或200伏，次級6000伏。
環(huán)形渦流預(yù)燃筒由耐火磚砌成。外部鋼殼夾套內(nèi)走燃燒空氣。大部分燃燒空氣從預(yù)燃筒出口處沿筒壁高速進(jìn)入預(yù)燃筒，與燃料流股一起形成渦流環(huán)（或稱環(huán)形渦流），見圖6。環(huán)形渦流的持久作用是保證霧化的燃料微粒同燃燒空氣強(qiáng)有力地連續(xù)混合。同時燃燒空氣在進(jìn)入預(yù)燃筒的過程中，由于卷人一部分熱氣體和從耐火磚壁吸熱而被迅速地加熱到10 00℃左右，而預(yù)燃筒壁的耐火磚被保持在允許的溫度范圍內(nèi)，以保證有足夠長的使用壽命。n 單環(huán)形渦流
渦流預(yù)燃筒有單環(huán)形(ST)和雙環(huán)形(DT)兩種，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖7和8。單環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)產(chǎn)生理想的火焰，并造成有利于傳熱的爐膛煙氣再循環(huán)。它適用于煉油廠各種加熱爐，廢液、廢氣處理爐，廢渣焚燒爐等。雙環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)在預(yù)燃筒內(nèi)完全燃燒，產(chǎn)生極干凈的煙氣。因此它多用于干燥或煅燒陶瓷、洗凈劑、涂料紙、食品填料和化學(xué)藥品等直接燒火的空氣加熱爐，也用于浸沒燃燒和礦石冶煉、焙燒。
單環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒空氣壓降，ST-2和ST-4為100毫米水柱，其余為300毫米水柱。雙環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)的空氣壓降與燒油量的關(guān)系繪于圖9。
生物質(zhì)燃燒機(jī)是旋流式生物質(zhì)燃燒機(jī)的一種類型，它是由加拿大海灣石油公司研制的。它由噴嘴、燃燒氣噴嘴、點(diǎn)火噴嘴、調(diào)風(fēng)器和預(yù)燃筒組成。
油噴嘴是一種利用聲學(xué)能霧化的噴嘴，其原理示意于圖10。
霧化劑（如蒸汽）從切向進(jìn)入渦流室，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，到達(dá)喉部時大部分壓力能轉(zhuǎn)化成功能。通j』=喉部到擴(kuò)張管出『：I處，一部分動能轉(zhuǎn)化成聲學(xué)能。當(dāng)燃科油與霧化劑氣
生物質(zhì)燃燒機(jī)前空氣壓力：150～300毫米水柱調(diào)風(fēng)器有兩種：渦殼式和固定切向葉片式。后者比前者的優(yōu)點(diǎn)多，其優(yōu)點(diǎn)為：(1)不必在燃料噴頭處用擾流器也能得到均勻的空氣分布，便于用監(jiān)視器觀察火焰； (2燃燒空氣壓降小，渦殼式為300毫米水柱，功向葉片式為150毫米水柱； (3)切向葉片式重量和體積均比渦殼式減少30%左臺。
目前我國煉油廠催化裂化裝置中，健化劑的回收設(shè)備大部分是采用杜康型旋風(fēng)分離器。這種旋風(fēng)分離器由于回收效率較低，造成大量催化劑跑損。據(jù)75年調(diào)查，全國催化劑的年跑損量為2萬噸左右，這樣既造成大量昂貴物資的浪費(fèi)，同時又帶來了污染問題。因此研制一種適合于催化裂化裝置的高效旋風(fēng)分離器就成為一個重要的課題。
根據(jù)原石化部下達(dá)的科研任務(wù)，于19 75年組成了以上?；ぱ芯吭簽橹?，有關(guān)單位參加的協(xié)作組，開展了旋風(fēng)分離器的試驗(yàn)研究工作。在四年多的時間里，先后進(jìn)行了老杜康（Dr型）、改進(jìn)杜康(DX、DⅢ型)及布埃爾（B型）四種型式旋風(fēng)分離器的冷態(tài)性能試驗(yàn)，評選出了兩種性能較優(yōu)的旋風(fēng)分離器，可供設(shè)計(jì)時選用。試驗(yàn)用旋風(fēng)分離器的。
本文敘述了發(fā)展大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的必要性及其先點(diǎn)。它可提高爐管平均熱強(qiáng)度，降低造價；降低過剩空氣量，節(jié)約燃料；減少大氣污染，降低噪聲等。介紹了高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，并附有系列尺寸，可供設(shè)計(jì)參考。
大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)是高度強(qiáng)化燃燒的生物質(zhì)燃燒爐。它能適應(yīng)煉油廠管式加熱爐目前的發(fā)展方向：大型化、高效率、低污染、低噪聲、自動化和燒劣質(zhì)燃料等。
現(xiàn)代煉油廠管式加熱爐越來越大型化了。國外已有1億千卡／時，甚至有2.4億千卡／時的加熱爐投入運(yùn)轉(zhuǎn)。國內(nèi)設(shè)計(jì)的常減壓催化聯(lián)合加熱爐，已達(dá)0.8億千卡／時。如此大型化的加熱爐，再用原來普遍使用的小能量（≤300萬千卡／時）生物質(zhì)燃燒機(jī)顯然是不合適的。定大。因此在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時應(yīng)該了解和掌握各種材料的特點(diǎn)，針對產(chǎn)品要求和使用條件來合理地選用材料和制訂工藝。例如對于一些要求消除應(yīng)力處理的厚壁高壓容器需要考慮再熱裂紋問題，對一些具有角焊縫的厚板大型結(jié)構(gòu)，要考慮層狀撕裂問題，對一些碳、疏含量偏高或有嚴(yán)重偏析的材料就要考慮熱裂紋間題。
此外，在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時除了必須考慮到材料本身的可焊性外，焊接內(nèi)應(yīng)力也是一個非常重要的問題。焊接接頭內(nèi)的一些缺陷和使用性能，如各種各樣的裂紋，應(yīng)力腐蝕和焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞等都與內(nèi)應(yīng)力有關(guān)。影響焊接內(nèi)應(yīng)力大小的因素很多，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來考慮，焊縫分布、接頭型式、坡口大小、角焊縫的焊腳大小和焊縫強(qiáng)度的選擇等都對內(nèi)應(yīng)力有很大影響。有時單純從強(qiáng)度出發(fā)認(rèn)為加
大焊腳，提高焊條的強(qiáng)度級別總是比較安全可靠的，但實(shí)際上這樣卻加大了內(nèi)應(yīng)力，不l侖從缺陷的角度出發(fā)還是從接頭使用性能的角度出發(fā)都是不利的，它可能影響到焊接結(jié)構(gòu)安全的使用性。在設(shè)計(jì)時必須對這些問題加以全面考慮，有時寧可犧牲一些強(qiáng)度而來保證結(jié)構(gòu)的其它要求。從制造T藝來說，裝配質(zhì)量，焊接次序和悍接規(guī)范等也都對焊后內(nèi)應(yīng)力r『很大的影響。因此不僅在制訂工藝時要考慮到這些問題，而在施工過程中對這些工藝規(guī)程更必須嚴(yán)格遵守。
這樣多的生物質(zhì)燃燒機(jī)，在其布置和操作維護(hù)方面都是很困難的，更不用說實(shí)現(xiàn)燃料一空氣自動比例調(diào)節(jié)了。因此要求用于大型化加熱爐的生物質(zhì)燃燒爐必須是大能量的。
目前國外煉油廠管式加熱爐用的大能量生物質(zhì)燃燒機(jī)，最大發(fā)熱量已達(dá)5700萬千卡／時。但它不是高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)。國外煉油廠加熱爐采用的大能量高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)發(fā)熱量一般在500～1500萬千卡／時的范圍內(nèi)。煉油廠管式加熱爐的用途是加熱油品，如果局部過熱會引起油品變質(zhì)或結(jié)焦，縮短操作周期，甚至燒壞爐管，造成事故。因此它要求：火焰形狀穩(wěn)定，剛直有力；火焰離爐管應(yīng)有足夠的距離，更不允許火焰舔著爐管。況且，煉油廠管式加熱爐的大型化不應(yīng)該是現(xiàn)有加熱爐的簡單放大和堆砌，它應(yīng)該具有更高的平均熱強(qiáng)度，更高的熱效率和盡可能小的體積。從這些要求出發(fā)，大型化的加熱爐所用的生物質(zhì)燃燒爐，不僅應(yīng)該是大能量的，而且還應(yīng)該是高度強(qiáng)化燃燒的。
一、高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1．提高爐管平均熱強(qiáng)度，降低造價對于一定的發(fā)熱量，燃燒速率越高，火焰就越小。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒速率一般比自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)高10一15倍(1)。如此高度
強(qiáng)化的燃燒，再加上有些高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)出口設(shè)計(jì)成收縮型，必然會產(chǎn)生很高的出口流速。有些特殊用途的高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，出口流速高達(dá)460米／秒左右[2]。生物質(zhì)燃燒機(jī)的高出口流速在爐膛內(nèi)起到射流作用，造成強(qiáng)烈的爐內(nèi)煙氣循環(huán)，使?fàn)t膛溫度和爐管表面熱強(qiáng)度的分布都很均勻。
對于煉油廠管式加熱爐來說，輻射爐管面平均熱強(qiáng)度是一個極為重要的參數(shù)。平均熱強(qiáng)度高，所需爐管就少，爐子體積小，總投資也就少。但是，平均熱強(qiáng)度不是隨便選取的，它受許多條件的約束，如爐管金屬的允許使用溫度、被加熱油品的裂解傾向、爐管表面熱強(qiáng)度分布的均勻性等。在前兩個條件相同的情況下，爐管表面熱強(qiáng)度分布越均勻，平均熱強(qiáng)度也就越高。
爐管表面熱強(qiáng)度分布的不均勻性包括沿管長和管子圓周的不均勻性兩個方面。采用自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的爐膛煙氣擾動不好，其傳熱主要是靠火焰輻射、煙氣中的三原子氣體輻射和自然對流來完成的。因此，爐管表面熱強(qiáng)度無論是沿管長還是沿管子圓周都極不均勻。一股的強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)雖然比自然通風(fēng)的好一些，但仍很不理想，采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)時爐膛煙氣被強(qiáng)烈擾動，傳熱主要是靠溫度高而均勻的煙氣輻射和強(qiáng)迫對流來完成的，火焰輻射的分額相對地減少很多，因此其爐管表面熱強(qiáng)度分布非常均勻。文獻(xiàn)介紹了在同一臺雙室立式管式爐內(nèi)采用一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)和高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所實(shí)測的熱強(qiáng)度分布曲線，如圖3所示。從圖3a中可以看出，采用一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)得到的爐管熱強(qiáng)度仍很不均勻。為了保證高值處爐管不被燒壞，油品不會裂解和結(jié)焦，只能將平均熱強(qiáng)度取得很低，這就使?fàn)t管有效利用率降低，爐子體積增大，總投資增加。而采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所得到的爐管表面熱強(qiáng)度卻非常均勻，如圖3b所示。這就能將平均強(qiáng)度取得很高仍不會造成高值處爐管燒壞或品結(jié)焦，從而大大提高了爐管有效利用率，減少了爐子總投資。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為，采用高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，對于新建加熱爐可以減25%的投資，對于已建的爐子則能相應(yīng)提高處理能力25%。
封和改進(jìn)生物質(zhì)燃燒機(jī)性能來解決。就生物質(zhì)燃燒機(jī)本身需要的過?？諝舛裕匀煌L(fēng)一般需要30～50%的過?？諝?，設(shè)計(jì)和操作維修好的，也需要20～30%的過?？諝?。因?yàn)樽匀煌L(fēng)空氣的動能小，燃料和空氣泥合很差，若過?？諝馓?，則會產(chǎn)生不完全燃燒，對提高效率反而不利。即使是一般的強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，其生物質(zhì)燃燒機(jī)前的風(fēng)壓，也只有25毫米水柱左右。由于其空氣動能不夠大，要達(dá)到完全燃燒也必須有10～15%的過?？諝?。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)一般都采用較高的風(fēng)壓(150～450毫米水柱)供風(fēng)，并且一般都有預(yù)燃筒約束空氣，使之不會散逸于爐膛，因此它可以在≤5%的過?？諝庀峦耆紵?。假定排煙溫度為400℃，則過?？諝饬繛?%的高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐比過?？諝饬渴?0%的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)可提高效率4%。排煙溫度為200℃時，仍能提高效率2%。僅就這一點(diǎn)而論，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐帶來的經(jīng)濟(jì)收益也是顯著的。如一臺燃燒發(fā)熱量為2160萬千卡／時的加熱爐。
2．降低過?？諝饬?，節(jié)約燃料油
影響加熱爐效率的主要因素是排煙溫度和過?？諝饬?。排煙溫度的降低是由增加傳熱而積和引入冷源（冷進(jìn)料、冷空氣和冷水等）來解決的。而過?？諝饬縿t靠爐殼的密高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)所需鼓風(fēng)機(jī)耗電每小時約22度。以每度電折合0.3公斤油計(jì)算，效率提高4%，每年可節(jié)約燃料油(2160×4%-22x0.3)×8000/1000= 635.2噸（每公斤燃料油的熱值按1萬千卡計(jì)）。效率提高2%，每年仍能節(jié)約燃料油（2160×2%- 22×0.3）×8000／1000=291.2噸。
3．減少大氣污染，減輕爐管積灰和腐蝕
低過?？諝馊紵ɑ蚍Q低
氧燃燒）在減少大氣污染，減輕爐管積灰和減輕低溫和高溫腐蝕方面的作用也是相當(dāng)明顯的。
在燃燒過程中，硫被氧化成S02。在可以得到足夠的空氣時，它進(jìn)一步氧化成SO：，。煙氣中SO：，和0z濃度的關(guān)系示于圖4[3]。
燃料油中的釩在過剩空氣較低的情況下，絕大部分生成高熔點(diǎn)(1967℃)的V204，它不會在管子表面形成堅(jiān)硬的沉積物，也沒有腐蝕，因此它基本上是無害的。但在過?？諝饬枯^多時，則生成低熔點(diǎn)(800℃)的Vzoo。它常和鈉結(jié)合在一起，混合成低熔混合物沉積在爐管上，造成熱阻，減少傳熱，降低爐子效率，同時造成高溫硫一釩腐蝕。
早在六十年代初，德國首先用實(shí)驗(yàn)方法證明了低過?？諝馊紵跍p少污染方面的優(yōu)點(diǎn)。圖5表示爐管積灰與過?？諝獾年P(guān)系[4]。從圖中可以看出，過剩空氣量在3%時是個臨界點(diǎn)。當(dāng)過?？諝饬砍^3%時，爐管積灰迅速增加。
關(guān)于NO．的污染問題，從化學(xué)動力學(xué)觀點(diǎn)來看，NO．的生成主要取決于溫度，其次才取決于氧濃度。當(dāng)過?？諝鉁p少時，火焰溫度井高，生成的NO．應(yīng)增加。但是，加拿大海灣石油公司的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]表明，煙氣中NO．的濃度隨過?？諝獾臏p少而減少，見表1。文獻(xiàn)[5]也指出：高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)初期的N0．?dāng)?shù)據(jù)表明，它可能比相等發(fā)熱量的然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)低。關(guān)于這種反?，F(xiàn)象，文獻(xiàn)
[4，5，6，7]均未作出令人信服的解釋。
表1的數(shù)據(jù)還表明，在低過?？諝猓ㄒ?%）下燃燒，煙氣中的SO。和微粒含量均很?。⊿O。僅4～11 ppm V／Y，微粒儀0 .18～0.3克／米3煙氣），而危害較小的NOz含量卻很高(760～1232 ppm v/v)。
此外，低過?？諝馊紵臒煔庵?，三原子氣體(C02和水蒸汽)的含量比高過?？諘r高，而氣體輻射主要是靠三原子氣體，這對輻射傳熱顯然是有利的。
低過?？諝馊紵腥绱硕嗟暮锰?，引起了人們的極大重視。但對于自然通風(fēng)和一般制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)來說，即使人們付出極大的努力來改進(jìn)它們的結(jié)構(gòu)，仍不能達(dá)到理想的效果。只有在高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)問世之后，在如此低(≤5%)的過?？諝庀峦耆紵拍茏兂涩F(xiàn)實(shí)。
4．降低噪音，燃料范圍寬廣
生物質(zhì)燃燒機(jī)是煉油廠主要噪聲源之一。沒有隔聲罩的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)，噪聲級一般是100～110分貝(A聲級)。高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的噪聲級與一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的相似，比等量的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)低15—20分貝（A聲級）。
高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的另一個優(yōu)點(diǎn)，是它能燒寬范圍的燃料：從高壓高熱值的煉廠氣到低壓低熱值的廢氣；從極輕的汽油到極重的渣油、瀝青甚至泥煤。這一點(diǎn)對現(xiàn)代煉油廠也是很有意義的。因?yàn)槭蜕疃燃庸さ慕Y(jié)果是殘?jiān)驮絹碓街?，同時還產(chǎn)生一些低壓低熱廢氣，達(dá)些燃料用原來的自然通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)來燃燒是很困難的。
二、高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)是怎樣
高度強(qiáng)化燃燒的燃料燃燒包括物理過程和化學(xué)過程。物理過程主要是燃料的蒸發(fā)以及燃料和空氣的擴(kuò)散混合?；瘜W(xué)過程主要是燃料分子的分解和可燃元素與氧的化合。就過程進(jìn)行的速率而言，化學(xué)過程比物理過程迅速得多。因此，生物質(zhì)燃燒機(jī)的首要任務(wù)是加速物理過程，而強(qiáng)化燃燒也首先是要強(qiáng)化物理過程。
所有的生物質(zhì)燃燒機(jī)都要求極細(xì)的霧化，這一點(diǎn)高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)也不例外。除這點(diǎn)外，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒爐主要是通過配風(fēng)和預(yù)燃筒來強(qiáng)化燃燒的。
在配風(fēng)方面，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)比自然通風(fēng)和一般強(qiáng)制通風(fēng)都大大強(qiáng)化了。它采用較高的風(fēng)壓(150～450毫米水柱)供風(fēng)，為空氣提供了足夠的動能，并在一個限制空間（預(yù)燃筒）內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋流或渦流，使燃料與空氣的混合過程大大地強(qiáng)化了。
高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)都采用預(yù)燃筒。它是一個專用燃燒室，不像一般生物質(zhì)燃燒機(jī)那樣用爐膛兼作燃燒室。預(yù)燃筒至少可以起兩個作用：1．約束空氣，保證旋流或渦流流型的實(shí)現(xiàn)，完
成與燃料強(qiáng)烈混合供給燃燒，而不至散逸刁：爐膛；2．保持燃燒區(qū)的高溫。這一點(diǎn)對于爐膛溫度低的煉油廠管式加熱爐尤為重要?，F(xiàn)在用的自然通風(fēng)或一般強(qiáng)制通風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)都沒有預(yù)燃筒，火焰處在有吸熱面的爐膛內(nèi)，因此火焰溫度最高僅達(dá)1300～1400℃，火焰尾部只有800—1000℃。而在預(yù)燃筒內(nèi)，一般可達(dá)1800℃以上，甚至接近理論燃燒溫度(2000。C)。這樣高的溫度大大加速了燃料的蒸發(fā)、分解和氧化過程。采用預(yù)燃筒存在結(jié)焦和耐火材料壽命短兩個問題。這就要求配風(fēng)與油噴嘴的霧化特性（主要是霧化角）有良好的配合，采用高溫性能良好的耐火材料。恰當(dāng)配風(fēng)，使燃燒空氣適當(dāng)冷卻耐火材料表面，使之保持在允許的使用溫度范圍內(nèi)，這也是高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計(jì)中一個值得重視的問題。
簡言之，高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)主要是通過燃料同空氣的強(qiáng)烈混合，以及預(yù)燃筒提供的高溫來高度強(qiáng)化燃燒的。
三、介紹兩種高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)
下面介紹兩種高強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，以供參考。
1．環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)(Toroidal Burn-cr)[sD
環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)是英國額寇哈特(Urq-uhart)工程公司和日本渥爾卡諾(Volcano)有限公司共同制造出售的。它由油噴嘴和燃料氣噴嘴、點(diǎn)犬噴嘴以及環(huán)形渦流預(yù)燃筒組成。
燃料油可以是輕油，也可以是渣油、焦油、瀝青等重質(zhì)油。油噴嘴可以是外混式空氣霧化、內(nèi)混式高壓蒸汽（空氣）霧化或機(jī)械霧化的。操作參數(shù)如表。
燃料氣可以是煉油廠各裝置的副產(chǎn)氣、氫氣和其它廢氣等。燃料氣噴嘴是外混式的。燃料氣壓力應(yīng)大于燃燒空氣壓力，通常是1000毫米水柱～2公斤／厘米2。
點(diǎn)火噴嘴共3個。燒丙烷氣體或其它燃料氣。燃料氣壓力0.1～0.5公斤／厘米2。發(fā)熱量1～5X104千卡／時。點(diǎn)火電壓初級100或200伏，次級6000伏。
環(huán)形渦流預(yù)燃筒由耐火磚砌成。外部鋼殼夾套內(nèi)走燃燒空氣。大部分燃燒空氣從預(yù)燃筒出口處沿筒壁高速進(jìn)入預(yù)燃筒，與燃料流股一起形成渦流環(huán)（或稱環(huán)形渦流），見圖6。環(huán)形渦流的持久作用是保證霧化的燃料微粒同燃燒空氣強(qiáng)有力地連續(xù)混合。同時燃燒空氣在進(jìn)入預(yù)燃筒的過程中，由于卷人一部分熱氣體和從耐火磚壁吸熱而被迅速地加熱到10 00℃左右，而預(yù)燃筒壁的耐火磚被保持在允許的溫度范圍內(nèi)，以保證有足夠長的使用壽命。n 單環(huán)形渦流
渦流預(yù)燃筒有單環(huán)形(ST)和雙環(huán)形(DT)兩種，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖7和8。單環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)產(chǎn)生理想的火焰，并造成有利于傳熱的爐膛煙氣再循環(huán)。它適用于煉油廠各種加熱爐，廢液、廢氣處理爐，廢渣焚燒爐等。雙環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)在預(yù)燃筒內(nèi)完全燃燒，產(chǎn)生極干凈的煙氣。因此它多用于干燥或煅燒陶瓷、洗凈劑、涂料紙、食品填料和化學(xué)藥品等直接燒火的空氣加熱爐，也用于浸沒燃燒和礦石冶煉、焙燒。
單環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)的燃燒空氣壓降，ST-2和ST-4為100毫米水柱，其余為300毫米水柱。雙環(huán)形渦流生物質(zhì)燃燒機(jī)的空氣壓降與燒油量的關(guān)系繪于圖9。
生物質(zhì)燃燒機(jī)是旋流式生物質(zhì)燃燒機(jī)的一種類型，它是由加拿大海灣石油公司研制的。它由噴嘴、燃燒氣噴嘴、點(diǎn)火噴嘴、調(diào)風(fēng)器和預(yù)燃筒組成。
油噴嘴是一種利用聲學(xué)能霧化的噴嘴，其原理示意于圖10。
霧化劑（如蒸汽）從切向進(jìn)入渦流室，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，到達(dá)喉部時大部分壓力能轉(zhuǎn)化成功能。通j』=喉部到擴(kuò)張管出『：I處，一部分動能轉(zhuǎn)化成聲學(xué)能。當(dāng)燃科油與霧化劑氣
生物質(zhì)燃燒機(jī)前空氣壓力：150～300毫米水柱調(diào)風(fēng)器有兩種：渦殼式和固定切向葉片式。后者比前者的優(yōu)點(diǎn)多，其優(yōu)點(diǎn)為：(1)不必在燃料噴頭處用擾流器也能得到均勻的空氣分布，便于用監(jiān)視器觀察火焰； (2燃燒空氣壓降小，渦殼式為300毫米水柱，功向葉片式為150毫米水柱； (3)切向葉片式重量和體積均比渦殼式減少30%左臺。
目前我國煉油廠催化裂化裝置中，健化劑的回收設(shè)備大部分是采用杜康型旋風(fēng)分離器。這種旋風(fēng)分離器由于回收效率較低，造成大量催化劑跑損。據(jù)75年調(diào)查，全國催化劑的年跑損量為2萬噸左右，這樣既造成大量昂貴物資的浪費(fèi)，同時又帶來了污染問題。因此研制一種適合于催化裂化裝置的高效旋風(fēng)分離器就成為一個重要的課題。
根據(jù)原石化部下達(dá)的科研任務(wù)，于19 75年組成了以上?；ぱ芯吭簽橹?，有關(guān)單位參加的協(xié)作組，開展了旋風(fēng)分離器的試驗(yàn)研究工作。在四年多的時間里，先后進(jìn)行了老杜康（Dr型）、改進(jìn)杜康(DX、DⅢ型)及布埃爾（B型）四種型式旋風(fēng)分離器的冷態(tài)性能試驗(yàn)，評選出了兩種性能較優(yōu)的旋風(fēng)分離器，可供設(shè)計(jì)時選用。試驗(yàn)用旋風(fēng)分離器的。
