燃油气热水锅炉炉膛出口烟温的因素分析

如果分析燃油气热水锅的炉膛传热，这些基本公式和实际运行经验可能会对燃油气热水锅炉膛出口烟气温度产生明显影响：

①燃油气热水锅燃烧器的类型和布局位置。不同类型和位置的燃油气热水锅燃烧器将显著改变炉内火焰中心的位置。例如，当摆动直流燃烧器上下摆动20℃时，火焰中心的高度将改变1.5~2.5m。当火焰中心升高时，一般摆动器的上下摆动幅度约为20~30℃，即炉膛出口烟温可升高或降低110~140℃。

对于多层燃油气热水锅旋流燃烧器，改变上下排燃烧器的热功率也可以使火焰中心过高和降低，从而改变炉膛出口的烟温。例如，当最后一层燃烧器的热功率降至额定功率的40%时，热水锅炉的炉膛出口温度从原来的989℃降至952℃。

②燃油气热水锅的加热面是多少。显然，炉膛辐射加热面的增加会降低炉膛出口的烟温。

③燃油气热水锅的炉膛形状系数。燃油气热水锅膛形状系数f为炉壁面积F1与炉膛有效容积V之比。燃油气热水锅炉膛形状系数f与炉膛H/ddl的关系。H是炉膛的高度，ddl是炉膛横截面的平均等量直径。当炉膛容积和炉膛面积相同时，H/ddl越大，f值越大，即热水锅炉炉膛的当量直径越小（或炉膛横截面积越小），炉壁面积越大。双面露水冷却墙的布置也可以提高形状系数。

220t/h燃油热水锅炉炉膛容积热负荷与形状系数与炉膛出口温度的关系。在相同燃油热水锅炉炉膛容积热负荷qv的情况下，可以计算出不同燃油热水锅炉的形状系数

　炉膛出口烟温。qv不变时，随着形状系数的增加，燃油热水锅炉炉膛出口烟温不断下降。我国研究人员还对一些75t/h中压煤粉热水锅炉、220t/h高压煤粉锅炉、420t/h超高压煤粉热水锅炉进行了传热试验，发现热水锅炉内温度场的分布与热水锅炉炉膛的几何特性H/ddl有明显关系。

　燃油气热水锅的炉膛形状也对炉膛的黑度有一定的影响。形状系数大。有效辐射层厚度小，火焰黑度和炉膛黑度小。这必然会降低火焰的辐射能力，提高热水锅炉炉膛的出口温度。在实用的室内燃烧炉中，热水锅炉炉膛形状变化有限，有效辐射层厚度变化一般不超过20%，炉膛黑度变化不超过3%，对炉膛出口烟温影响不大。但当有效辐射层厚度降低时，炉膛面积与相应的有效辐射面积成正比增加，从而增加受热面的吸热量，降低炉膛出口烟温。

层燃燃油气热水锅炉膛形状变化范围较大，有效辐射层厚度变化远远超过20%，热水锅炉炉膛黑度变化约50%。这对热水锅炉炉膛传热有显著影响，特别是燃用劣质煤和低长后拱时，炉膛形状复杂，大大降低了炉膛传热能力，提高了炉膛出口烟温。然而，层燃炉的形状变化往往侧重于改善燃料着火和燃烧条件的需要。

　总之，炉膛形状对炉膛传热过程有影响，主要体现在炉内温度场的影响上。

在实际运行条件下，许多因素会偏离热水锅炉的设计条件，这将对锅炉内的传热和炉膛出口烟气温度产生很大的影响。

④加热表面结渣和积灰程度的变化。燃用固体燃料、重油等液体燃料时，炉膛水冷壁管外表面结渣或积灰是不可避免的。此外，积灰或结渣运行条件的严重程度也不同。例如，在热水锅炉运行过程中，由于煤的可磨性系数或制粉系统热平衡状态的不同，煤粉的细度会发生变化。当煤粉细度增加时，煤粉颗粒变厚，炉内煤粉的燃烧时间相对增加，而大粒度未及时燃烧的煤粉很容易被扔到烟气流量较低的炉壁上。如果这些颗粒的灰呈粘性状态，必然会附着在加热表面，并逐渐发展成大渣。因此，过厚的煤粉加剧了结渣的程度，恶化了热水锅炉内的传热过程，导致热水锅炉炉膛出口烟气温度升高。

　再比如，燃油气热水锅在运行过程中风温的变化会改变煤粉火焰的着火距离。一旦风温升高，煤粉提前着火，降低着火距离，增加燃烧器出口附近的燃烧强度；火焰温度升高，容易造成燃烧器区域受热面结渣。热水锅炉燃烧器区域受热面结渣不仅影响受热面的传热能力，还会导致炉膛出口烟温升高；更严重的是，燃烧器可能会被烧毁，影响炉内的空气动力场，导致火焰中心倾斜。如果一次气流形成扑壁气流，炉内结渣现象会更加严重。

特别需要强调的是，热水锅炉受热面结渣污染与传热过程的相互作用是一个不稳定的过程。受热面污染后，热水锅炉内的传热过程减弱，炉内烟气温度水平提高，使更多的灰粒处于粘性状态。更容易在受热面结渣，加剧受热面污染。这个过程很难在炉内达到平衡。因此，炉膛出口烟气温度不断升高，严重危及热水锅炉机组的经济安全运行。

　⑤锅炉负荷的变化。运行中锅炉负荷的变化会导致燃料消耗的变化，热水锅炉内火焰温度场的形状和值也会发生变化。炉内温度场的变化必然导致炉内辐射换热的变化。然而，热水锅炉内辐射换热的变化范围并不等于燃料量的变化范围。根据试验，当锅炉负荷从半负荷状态变为额定负荷时，负荷增加100%，炉内火焰平均温度增加200℃左右，炉内辐射换热增加70%左右。这说明炉内辐射换热的变化率小于锅炉负荷的变化率。因此，当热水锅炉负荷增加时，炉膛出口烟焓必然增加，炉膛出口烟温升高。

⑥过度空气系数的变化。过度空气系数的变化对炉内温度场的影响非常显著，主要基于以下几个方面：

过度空气系数增加，进入热水锅炉的吸热介质增加，烟气的热容量增加，火焰中心的温度水平下降，火焰中心的位置向上移动。如果过度空气系数A1增加较多，进入炉膛的空气被加热到火焰温度，吸收的热量大于由于炉内烟气平均温度降低而减少的辐射换热量，则炉膛出口的烟气温度下降。如果A1太小，炉膛出口的烟气温度就会升高。上述分析仅限于正常工况下的热燃烧，即A1的变化不会导致燃料的不完全燃烧，否则情况将更加复杂。

　过度空气系数的变化也会改变灰渣的物理特性，因为一些煤的灰熔点与烟气的“气氛”有关，氧化气氛中的灰熔点低于还原气氛。当A1增加时，热水锅炉燃烧器附近烟气的氧化气氛增加，灰熔点降低，燃烧器附近的加热表面结渣现象趋于严重，导致炉出口烟气温度升高。

当热水锅炉运行时，炉膛负压和炉膛漏气量的变化也会导致炉膛出口过度空气系数的变化。热水锅炉炉膛负压过大，炉膛漏气严重，A1增加。这些漏入炉膛的冷空气无助于燃烧，只能降低炉膛温度水平，削弱辐射传热过程，导致热水锅炉炉膛出口烟气温度升高。因此，锅炉运行时应保持适当的炉膛负压，以减少锅炉漏气。

　⑦烟气再循环。部分烟气进入炉膛后，可改变烟气的平均热量，降低炉膛烟气的平均温度，改变热水锅炉炉膛受热面的热负荷，控制热水锅炉炉膛出口的烟气温度。再循环烟气进入热水锅炉炉膛的位置不同，循环烟气量不同，对热水锅炉炉膛出口烟气温度的影响也不同。因此，烟气再循环条件的变化通常被用作调节热水锅炉参数的手段。