中国农村能源行业协会节能炉具专委会支持  
中国炉具网联系电话

张德地:关于燃烧 、采暖炉及系统安装使用基本知识

中国炉具网-炉具行业门户丨综合服务平台    2016-07-14     来源:炉具网     浏览:1260

       一、燃烧学基本学科简介

       (一)燃烧学是一门研究着火、熄火和燃烧机理的学科。

       燃烧是指燃料与氧化剂发生强烈化学反应,并伴有发光发热的现象。燃烧不单纯是化学反应,而是反应、流动、传热和传质并存、相互作用的综合现象。燃烧学的研究内容通常包括:燃烧过程的热力学,燃烧反应的动力学,着火和熄火理论,预混气体的层流和湍流燃烧,液滴和煤粒燃烧、液雾、煤粉和流化床燃烧,推进剂燃烧,爆震燃烧,边界层和射流中的燃烧,湍流和两相燃烧的数学模型,以及燃烧的激光诊断等。
  
       远古时代,火的使用使人类从野蛮状态走向文明,18世纪以前,人们认为物质燃烧取决于一种特殊的“燃素”。18世纪中叶,法国化学家 A.L.de 拉瓦锡和俄国科学家罗蒙诺索夫根据他们的实验分别提出燃烧是物质氧化的理论19世纪,人们用热化学和热力学方法研究燃烧,发现了燃烧热、绝热燃烧温度和燃烧产物平衡成分等重要特性。20世纪初,苏联化学家H.H.谢苗诺夫和美国化学家B.刘易斯等人发现,影响燃烧速率的重要因素是反应动力学,而且燃烧反应有分枝链式反应的特点,即中间生成物(也称活泼中心)可以加速燃    烧过程。30年代苏联科学家泽利多维奇、弗兰克.卡梅涅茨基和美国的刘易斯等又进一步发现,燃烧现象,无论是着火、熄灭和火焰传播,还是缓燃和爆震等,都是化学反应动力学和传热传质等物理因素的相互作用。在研究了预混火焰和扩散火焰、层流燃烧和湍流燃烧以及液滴燃烧和碳粒燃烧等基本规律之后,人们认识到,控制燃烧过程的主导因素往往不是化学反应动力学,而是流动和传热传质。于是初步形成燃烧理论。40~50年代由于航空、航天技术的发展,使燃烧的研究由一般动力机械扩展到喷气发动机、火箭和飞行器头部烧蚀等问题中,并取得了迅速的发展。因此,力学家 T.von卡门和中国的钱学森建议用连续介质力学方法来研究燃烧,提出了“化学流体力学”(后来又称为“反应流体力学”)这一名称的建议。许多人运用粘性流体力学和边界层理论对层流燃烧、湍流燃烧、着火、火焰稳定和燃烧振荡等问题进行了更深入的定量分析。到了70年代初,由于高速电子计算机的出现,英国科学家D.B.斯波尔丁等人提出了一系列流动、传热传质和燃烧的数学模型和数值计算方法,把燃烧学的基本概念,化学流体力学理论、计算流体力学方法和燃烧室的工程设计有机地结合起来,开辟了研究燃烧理论及其应用的新途径。 70年代中期以来,应用激光技术测量燃烧过程中气体和颗粒的速度、温度和浓度等,加深了对燃烧现象的认识。

       燃烧学是一门正在发展中的学科。能源、航天、航空、环境工程和火灾防治等方面提出了许多有待解决的重大问题,诸如高强度燃烧、低品位燃料燃烧(以重油代轻油,以煤代油,以劣质煤代优质煤等)、煤浆(油-煤,水-煤,油-水-煤等)燃烧、流化床燃烧、催化燃烧、渗流燃烧、燃烧污染物排放和控制(见燃烧污染)、火灾起因和防止等。燃烧学的进一步发展与湍流理论、多相流体力学、辐射传热学和复杂反应的化学动力学等学科的发展相互渗透。

       (二)什么叫燃烧?燃烧的基本条件是什么?

       燃烧是物质相互化合而伴随发光、发热的过程。我们通常所说的燃烧是指可燃物与空气中的氧发生剧烈的化学反应,可燃物燃烧时需要有一定的温度,可燃物开始燃烧时所需要的最低温度叫该物质的燃点或着火点。物质燃烧的基本条件:一是可燃物,如燃料油、瓦斯等;二是要有助燃剂,如空气、氧气;三是要有明火或足够高的温度。三者缺一就不能发生燃烧,这就是“燃烧三条件”或“燃烧三要素”。燃烧一定是氧化反应、但氧化反应不一定是燃烧。所以我们设计采暖炉时一定要学点燃烧学的基本知识。

       煤炉燃烧后的产物硫和氧反应能生成二氧化硫,在露点时在水汽的作用下产生稀硫酸【硫酸盐】能够腐蚀炉壁,使炉具使用寿命降低,碳不完全燃烧时生成一氧化碳、二氧化硫等污染环境的物质。在此建议,为防止烟筒内水汽倒流产生腐蚀,对“高靠背”炉具,在工艺上应把易腐蚀位置用耐火材料进行遮挡。

       空气由21﹪的氧和约79﹪的氮组成的,参与燃烧时只有氧气参与燃烧,氮是不能燃烧的,但当温度达到170度以上时,氮与氧会发生反应产生氮氧化物,温度越高产生的氮氧化物越多。空气量越大产生的氮氧化物越多,所以好的炉具要控制空气过量系数指标,氮氧化物也是重要污染物,是温室气体的主要来源,所以有了低氮燃烧技术。

       二氧化硫通常是一种无色有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易溶于水,排放到空气中二氧化硫(SO2)在通常情况下是一种无色、有刺激性气味的有毒气体,它能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水,在大气中会形成酸雨。

       二、关于水

       (一)水的用途

       1.人类的生命之源

       在地球上,哪里有水,哪里就有生命。一切生命活动都起源于水。人体内的水分,大约占到体重的65%。其中,脑髓含水75%,血液含水83%,肌肉含水76%,连坚硬的骨胳里也含水22%。没有水,食物中的养料不能被吸收,废物不能排出体外,药物不能到达起作用的部位。人体一旦缺水,后果非常严重。缺水1%-2%,感到渴;缺水5%,口干舌燥,皮肤起皱,意识不清,甚至幻视;缺水15%,往往甚于饥饿。

       没有食物,人可以活较长时间(有人估计为两个月),没有水,最多能活一周左右。

       2.植物的生命源泉

       用手抓一把植物,你会感到湿漉漉的,凉丝丝的,这是水的缘故。植物含有大量的水,约占体重的80%,蔬菜含水90%-95%,水生植物竟含水200%以上。水替植物输送养分;水使植物枝叶保持婀娜多姿的形态;水参加光合作用,制造有机物;水的蒸发,使植物保持稳定的温度不致被太阳灼伤。植物不仅满身是水,农作物一生都在消耗水。1公斤玉米,是用368公斤水浇灌出来的;同样的,小麦是513公斤水,棉花是648公斤水,水稻竟高达1000公斤水。一籽下地,万粒归仓,农业的大丰收,水立下了不小的功劳!

       3.工业的血液

       水,参加了工矿企业生产的一系列重要环节,在制造、加工、冷却、净化、空调、洗涤等方面发挥着重要的作用,被誉为工业的血液。例如,在钢铁厂,靠水降温保证生产;钢锭轧制成钢材,要用水冷却;高炉转炉的部分烟尘要靠水来收集;锅炉里更是离不了水,制造1吨钢,大约需用25吨水。

       水在造纸厂是纸浆原料的疏解剂、解释剂、洗涤运输介质和药物的溶剂,制造1吨纸需用450吨水。火力发电厂冷却用水量十分巨大,同时,也消耗部分水。食品厂的和面、蒸馏、煮沸、腌制、发酵都离不了水,酱油、醋、汽水、啤酒等。

       (二)水的物理性质

       · 通常是无色、无味的液体 

       · 沸点:100℃(海拔为0m,气压为一个标准大气压时)

       · 凝固点:0℃

       · 最大相对密度时的温度:3.98℃

       · 比热容:4.186J/(g·℃) 0.1MPa 15℃
                      2.051J/(g·℃) 0.1MPa 100℃

       · 密度:1000 kg/m3(4℃时)。冰的密度比水小[2]

       (三)水的分类

       软水:硬度低于8度的水为软水(不含或较少含有钙镁化合物)。

       硬水:硬度高于8度的水为硬水(含较多的钙镁化合物)。硬水会影响洗涤剂的效果;锅炉用水硬度高了十分危险,不仅浪费燃料,而且会使锅炉内管道局部过热,易引起管道变形或损坏;硬水加热会有较多的水垢,人长期饮用危害健康。

       (四)水的硬度

       水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度,其中包括碳酸盐硬度 (即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子,故又叫暂时硬度)和非碳酸盐硬度(即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子,又称永久硬度)。硬水和软水的区别,就是水中含有钙、镁化合物的多少程度。

       去离子水就是将水中的钙离子及镁离子去除,俗称蒸馏水,也叫纯净水。比如医用注射液就是去除了钙镁及其它杂质的水。

       (五)水的主要特性

       · 水不燃烧。

       · 水受热后密度变小,体积增大。

       · 水遇冷达到零度后开始结冰,由液态转为固态同时体积增大。

       · 水在任何温度下都可以蒸发,只是速率不同。

       · 水的性质稳定,其化学键牢固,用一般方法很难将氢和氧分开。

       · 蒸汽在350℃时在空气中可瞬间点燃木柴。

       · 水中含有大量潜热和显热。

       · 水是较好热载体。

       · 地球上五分之四地域被水覆盖,水是人类已知最亷价的液体。

       由此,人们使用锅炉时才用水做介质传热,因为水量多价廉。

       三、燃料

       采暖炉用燃料分为三类:

       · 固体燃料—烟煤、无烟煤、褐煤、泥煤、油页岩、木屑、甘蔗渣、稻糠等;

       · 液体燃料—重油、清油、渣油、柴油等;

       · 气体燃料—天然气、人工燃气、液化石油气等

       四、采暖炉本体及技术监督要求

       (一)采暖炉的定义

       小于50千瓦,炉体装有防爆片装置,燃用固体燃料符合GB 16154民用水暖煤炉通用技术条件规定的内容,有常压热水锅炉属性的炉具。

       (二)概述

       采暖炉是民用取暖、炊事的热能设备,也是特种设备之一,在居民中广泛使用,相对危险而又特殊的设备。一旦发生事故,涉及公共安全,将会给国家和人民生命财产造成巨大损失。

       五、安全及法规

       为了公共安全、人民生命和财产安全,依据国务院《特种设备安全监察条例》,使用锅炉应注意以下全事项:

       (一)注意事项

       1、采暖炉、出厂时应当附有“安全技术规范要求的设计文件、产品质量合格证明、安全标识及使用维修说明、监督检验证明。

       2、采暖炉、的安装、维修、改造的单位应当取得制造厂方认可的合格培训、才能从事采暖炉安装工作。

       (二)节能应用

       1、节能改造

       · 安装冷凝型燃气采暖炉节能器

       燃气采暖炉排烟中含有高达18%的水蒸气,其蕴含大量的潜热未被利用,排烟温度高,显热损失大。天然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径,冷凝型燃气锅炉节能器可直接安装在现有炉具烟道中,回收高温烟气中的能量,减少燃料消耗,经济效益十分明显,同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物,二氧化硫等污染物,降低污染物排放,具有重要的环境保护意义。

       · 采用冷凝式余热回收技术

       传统炉具中,排烟温度一般在160~250℃,烟气中的水蒸汽仍处于过热状态,不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。众所周知,炉具热效率是以燃料低位发热值计算所得,未考虑燃料高位发热值中汽化潜热的热损失。因此传统炉具热效率一般只能达到75%~80 %而冷凝式余热回收炉具,它把排烟温度降低到50~70℃,充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热,提升了热效率;冷凝水还可以回收利用。

       · 炉具尾部采用热管余热回收技术

       余热是在一定经济技术条件下,在能源利用设备中没有被利用的能源,也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。超导热管是热管余热回收装置的主要热传导元件,与普通的热交换器有着本质的不同。

       热管余热回收装置的换热效率可达98%以上,这是任何一种普通热交换器无法达到的。热管余热回收装置体积小,只是普通热交换器的1/3。提高炉具的热效率,降低燃料消耗,达到节能的目的。

       在工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时,为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰,标准状态排烟温度一般不低于180℃,最高可达250℃,高温烟气排放不但造成大量热能浪费,同时也污染环境。热管余热回收器可将烟气热量回收,回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水和生活用水,或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用,降低生产成本,减少废气排放,节能环保一举两得。改造投资3-10个月回收,经济效益显著。

       · 采用防垢、除垢技术

       通过采用炉具除垢剂和电子防垢器、优化水汽循环系统,可以去除水中钙、镁等结垢离子,使得水质软化,合理控制炉具的排污率,从而减少水垢,提高炉具热效率。

       · 采用燃料添加剂技术

       在燃料中加入添加剂达到优化燃料,达到降低烟垢,提高热效率的目的;

       · 采用新燃料

       采用新型洁净型煤,达到降低污染的目的。

       · 采用富氧燃烧技术

       空气中氧气含量≤21%。工业锅炉的燃烧也是在这样空气下进行的工作。实践表明:当锅炉燃烧的气体氧气量达到25%以上时,节能高达20%;锅炉启动升温时间缩短1/2-2/3。而富氧是应用物理方法将空气中的氧气进行收集,使收集后气体中的富氧含量为25%-30%。富氧助燃是一种最新节能环保技术。近十几年来,随着环保要求的不断提高以及节约能源的需要,富氧燃烧作为一种新兴的燃烧技术在世界各国蓬勃发展,现在西方一些发达国家要求全部新增工业炉窑、工业锅炉不得用普通空气助燃,都得用富氧空气助燃。

       · 采用旋流燃烧炉具技术

       众所周知,传统炉具存在着两大弊端,一是燃烧时有烟雾烟尘冒出,成为重要的污染源;二是煤渣燃烧不充分,能源浪费极为严重。采用纯无烟再节能旋流燃烧炉具新技术与传统工业炉具相比较,有着绝对的优势。它比手烧式炉具节煤30%~35%,比链条式自动化锅炉节煤25%。由于纯无烟再节能技术使用了PID变频和ABM节电系统,比传统炉具节电40%,挥发份可实现90%以上的燃烧和利用,而传统炉具的挥发份的燃尽率只有78%左右,有22%的烟尘排向大气层,纯无烟再节能旋流燃烧技术使灰渣燃尽率达到了97%,而传统炉具煤渣的燃尽率只有80%左右,正是由于这些原因,纯无烟再节能燃烧技术可使炉温从原来的1200℃提高到1500℃左右,提高了燃烧效率,节省了燃料,满足了客户的需求。

       · 采用空气源热泵热水机组替换技术

       将现有的燃油(气)热水锅炉替换成空气源热泵热水机组;可节约能源消耗30%-50%。

       · 燃煤炉具改装成燃气炉具

       2、日常维护

       停炉保养分湿法、干法保养。

       其中对于没有人(头)孔或停炉时间不太长的锅炉,要采用湿法进行保养,对于有人(头)孔或停炉时间较长的锅炉应采用干法保养,各具体操作办法见《使用说明书》。

       3、结垢腐蚀

       · 采暖炉具在运行中结了水垢,首先会严重影响传热,由于水垢的导热系数只有钢材的几十分之一,所以当锅炉内表面结垢后,燃料燃烧产生的热量不能很好地传到水侧,从而造成排烟温度升高,浪费燃料,增加运行成本。据有关资料介绍,锅炉结垢后被浪费的燃料成下列比例关系:当水垢的厚度≥1mm时,锅炉将多消耗燃料5~8%;当水垢的厚度≥2mm时,锅炉将多消耗燃料10~18%;当水垢的厚≥3mm时,锅炉将多消耗燃料18~26%。

       · 当锅炉结垢后,燃料燃烧的热量不能及时传递到水侧,使受热面温度升高,锅炉受热面若长期在超温状态下运行,金属材料将发生蠕变、鼓包,强度下降,导致爆管;若锅炉的水管因大量结垢而堵塞的话,将很快发生爆管。锅炉爆管一是危及人们的生命财产安全;二是爆管后要检修,费时、费力,大量增加检修费用;三是频繁的开停炉造成燃料浪费;四是停炉后将引起其他生产线的停产,造成的经济损失更大 。

       · 炉具结垢后会引起炉具垢下腐蚀,炉具腐蚀将缩短使用寿命,危及安全运行。

       · 炉具腐蚀有可能造成炉管穿孔,甚至发生炉具爆炸,严重威胁人身和设备安全。

       六、安装方式、方法

       · 常压采暖炉,严禁加压或封闭运行。

       · 必须安装直通大气管,直径不能小于管座直径,且严禁在大气管上安装阀门。

       · 回水干管与膨胀水箱(补水箱)之间的连接管道严禁安装阀门,膨胀水箱不得封口。

       · 严禁在无水情况下点火运行。若不慎出现炉内水少或以汽化,千万不要立即补水,而应首先灭火。

       · 没有资质的安装队,不能擅自安装锅炉。

       · 所有炉具爆炸都因安装不当和使用不当造成的。

       1、重力循环法

       2、二层楼房强制循环系统(高度十米内)

       3、高层楼房强制循环(十米高度以上)

       4、小型常压热水锅炉使用技术参数

       5、故障现象与排除

       a、散热片不热

       · 火是否封死

       · 系统是否缺水

       · 是否气阻

       · 烟道是否堵塞

       · 系统流量不够

       · 锅炉与散热片不匹配

       · 燃料发热量达不到要求

       b、压力表指示过高                                      

       炉具正常运行,其膨胀水箱静压力应该在0.02Mpa的情况下,使用是安全的。如果超过0.02Mpa,则压力超高,应停炉检查。原因可能有:

       · 由于系统内形成闭路循环(大气联通管堵死)。水泵安装在回水管线上。

       · 主管道错误的加装了阀门,并使之造成闭路。
   
       排除方法:

       · 停炉找出故障,处理后再运行。水泵改在供水管线上。

       · 停炉后,打开误关的阀门,循环正常再运行。

       c、排烟不畅,落灰困难,燃烧不好

       · 排烟不畅时,经常清理积灰口可延长炉箅使用寿命。烟囱弯头过多也会造成空气流速降低燃烧不好。

       · 落灰困难时清理出渣口,看是否有炼焦层,如有需及时清除。

       · 冬季有的炉具半夜突然大量返烟,主要是封火太过、烟温过低冷凝水回流结冰烟囱堵死、用火烤开即可。


       北京林虹新能源科技有限公司   张德地

版权保护声明:炉具网选发有优质传播价值的内容,可能会做部分删节 修改。我们极其尊重优质原创内容的版权,如所选内容未能联系到原文作者本人,请作者和chinaluju@126.com联系。

更多行业资讯,请扫描添加 中国炉具网 公众号

行业动态   企业动态   政策法规   专题报道   视频动态   品牌商城   炉博会   技术标准   技术论文   安装维护   产品选购