辐射杯烧嘴加热炉基本特性

(1)火焰稳定;(2) 能调节嫉烧量并有一定的调节范围;(3)在限定空间内 达到完全燃烧;(4)燃烧性能不受环境(例如炉压波动、 气候风向等)影响;(5)符合环境保护要求;(6)坚固 耐用、操作维护方便等。燃烧器设计之前应明确:燃料 种类，燃料发热值;燃烧能力及能力的调节范围;空气 或燃料的温度和压力;对火焰形状及刚度的要求等。设 计制造的然烧器，其特性应通过试验进行验证确认。 随着燃料燃烧技术的发展，世界工业化国家都不 断开发、研制和生产各种燃烧器，以满足工业生产和人 民生活的需要。中国50年代为工业炉配套设计的燃烧 器，大量采用高压煤气喷射式烧嘴和手工加煤炉排，也 设计了少量烧焦炉煤气的涡流式烧嘴，烧热发生炉煤 气的细孔式烧嘴及低压雾化油烧嘴等。60到70年代， 中国通过对各种燃烧器的多项试验研究，设计了用于 加热炉的水平往复炉排、油风比例调节的低压雾化油 烧嘴、自身预热烧嘴、平焰烧嘴以及各种天然气烧嘴， 并建立了各种烧嘴的实验室。80年代以后，还设计和 研制了具有当代先进水平的油气两用烧嘴、火焰长度 可调烧嘴、平焰直焰可转换的双焰烧嘴、高速烧嘴、辐 射杯烧嘴等。烧嘴点火和火焰检测等设施也有相应的 发展。 烧嘴设计包括煤气烧嘴、油烧嘴和煤粉烧嘴的 设计。烧嘴作为炉子的供热设施，具有以下作用:(1) 组织火焰，使火焰形状、刚度及燃烧性能满足炉子供热 和工艺要求;(2)调整炉压分布;(3)引导炉气流向， 实现(或限制)炉气循环;(4)强化传热，降低热耗等。 烧嘴作用的发挥除与烧嘴本身结构有关外，还与烧嘴 布置、烧嘴的安装位置、安装角度以及炉子的结构和型 式等有关。因此烧嘴设计要与炉子设计密切配合，使烧 嘴的作用得以充分发挥。 化喷头出口面积的方法来调节空气量，使空气出口流击而雾化。2100433B

这种烧嘴雾化油的能量来自于为高热值煤气(8~gMJ/m3以上)时则往往以空气喷射煤气。设计的姗烧喷头应能使混合器后气体静压转嫩空气，因此空气压力一般不低于skPa，常用值是5 化为沿喷头出口断面具有均匀速度分布的动压，以避一skPa，油压为40一3O0k八。其设计内容包括雾化喷 免回火·烧嘴砖的设计是使已充分混合的混合气在砖头设计和比例调节机械设计。雾化喷头使空气在喷头出口处高速喷出，以满足雾化能量的需要.喷出速度通 通道内维持正常燃烧。通道的直径与长度分别为头出口直径的2.4一2.6倍与2一7倍。烧嘴构造见图常为70一90m/“·由于在调节憔烧能力时空气量也要 1b。随之调节，为了使油雾化仍有足够的能量，采用改变雾 ranshao zhuangzhi sheji 燃烧装置设计(design of eombustion devices)燃烧装置是用于各种工业炉的供热，对 各种燃料进行可控燃烧的器具。按照燃料种类可以分 为煤气燃烧器、油嫉烧器和煤(或焦炭)燃烧器。煤气、 油和粉煤燃烧器称为烧嘴，块煤(或焦炭)嫩烧器称为 炉算、炉排或其他专用名称。此外还有一种使燃烧产物 在管内流动、燃烧热量通过管壁传出的樵烧器，通常称 这种燃烧器为辐射管。辐射管不宜使用固体燃料和重 质燃料油。

辐射管靠管内烧嘴喷射燃料燃烧加热，为达到 工艺要求，辐射管烧嘴必须使管内壁面温度分布均匀，不产生局部过热。具有良好的火焰稳定性，在较小的空气消耗系数情况下也能稳定燃烧。在频繁开 关的情况下，不至于回火或严重积炭。整个燃烧调节过程中，空气消耗系数相对稳定。预热器能将助燃空气预热到400℃以上。NOx 排放浓度低于80×10-6，噪声低于70dB(A)。烧嘴及固定装置的表面温度小于100 ℃，便于维修，寿命合理。辐射管烧嘴按照供风方式可分为鼓风式、吸风式、抽吸式和抽鼓式。鼓风式：鼓入空气为助燃空 气、自然排烟，由于鼓风式管内为正压，出于安全考虑，目前已很少使用。吸风式:助燃空气通过引射风 形成的负压从车间吸入，自然排烟，管内为负压，目前使用最普遍。抽吸式：助燃空气通过引射风形成的负压从车间吸入，排烟气风机强制排烟。较先进 的是抽鼓式，鼓入空气为助燃空气，排烟风机强制排烟，较传统的吸风式具有很多优点，其最突出的优点是空气消耗系数易控制。　在一般情况下，吸风式辐射管烧嘴空气消耗系数的波动范围为1.15～1.50，而抽鼓式的波动范围为1.05～1.15。近年来，蓄热式(HTAC)燃烧技术兴起，为提高辐射管的燃烧热效率，辐射管也开始采用蓄热式烧 嘴。该技术是采用一对蓄热式的烧嘴。HTAC燃烧技术在普通加热炉领域已获得 极大的成功，并已开始应用在辐射管加热的保护气氛炉中，由于在应用中还存在许多实际问题有待解决，故推广速度不快 。但随着问题的解决和设备的改进，该技术将在辐射管加热技术领域迎来快速发展。

辐射加热管使用的电热合金材料应具有较高的电阻率，电热转化率高。由于辐射管放置在套管内，传热过程与一般敞露型电热元件不同，其热屏蔽大，升温过程中必须对元件温度进行控制，防止元件超温。辐射管封闭加热时，电热元件表面温度比炉膛温度高约100℃-150℃。所以在选材时要分析炉温、炉内气温氛围，选择正确的加热材料。

目前辐射管加热管系列有鼠笼式、立带式和螺旋式等，加热元件系采用进口或国产电阻丝、镍铬丝（或带）、铁铬铝（丝或带），保护管采用进口高温合金板材、耐热钢板卷制焊接或离心铸造而成，具有高温抗氧化性和抗渗碳性能好、使用寿命长等特点 。

辐射加热管主要技术及性能 ：

1、电加热丝冷态电阻误差范围≤3%

2、外保护管和加热丝之间的绝缘电阻大于2MΩ

3、发热管外径：从φ60mm～φ300mm各种规格

4、加热功率：从2KW/支到24KW/支的各种规格

5、发热管外管长度：从800mm～2800mm的各种规格

6、辐射管外管壁厚：从1.5mm～16mm的各种规格。2100433B

复合型烧嘴，属燃烧设备技术领域。用于解决现有单一型烧嘴供热不稳定、燃烧效率低之缺陷。构成中有烧嘴体，烧嘴体前端有喷口，改进为，所述烧嘴体中设有固体燃料、气体燃料和助燃空气通道，三个通道的出口在烧嘴前端的喷口处汇集。采用本实用新型的加热炉具有不受供气波动及固体燃烧效率低等因素影响的特性，炉温稳定并可保持连续性，燃料燃烧充分，燃烧效率高，适宜在石灰、合金烘烤、轧钢等生产中的加热炉上安装使用。

开工烧嘴点火是气化炉点火的关键， 也是难点。据悉，国内大部分壳牌气化炉在首次开车时都频繁发生开工烧嘴被烧坏现象，有时点一次火连续烧坏3～4 次，导致不停地拆装烧嘴。此外，若开工烧嘴点火失败，必须立即停止气化开车程序，重新执行气化炉吹扫程序(因为从烧嘴中喷出的油氧混合物将残留在气化炉内，若不将其吹扫干净，再次点火时很容易发生爆燃现象)，费时费力，严重影响了开车进程。

那么开工烧嘴为何如此容易烧坏呢？ 从设计原理上分析， 最关键因素在于其燃烧方式为纯氧燃烧。因开工烧嘴点火时，气化炉内充满了氮气，此时只有用纯氧作为助燃剂才能将大功率的开工烧嘴点燃，但纯氧燃烧很难控制，主要是氧气与柴油的混合比例(即通常说的“氧油比”)以及到达烧嘴头的同步性不好调整， 氧气偏多火焰温度就会瞬间剧增，氧气偏少又会导致灭火。

第二个因素在于其喷头的材质选择，壳牌选择用紫铜来制作烧嘴喷头，通常简称为“铜头”，其原因有两个：一是铜具有良好的热传导性能，这样喷头因高温火焰辐射而快速增加的热量能迅速地被冷却水带走，以防止喷头因高温而烧毁；二是铜具有良好的抗氧化性，这样流经喷头四周的纯氧不会轻易将喷头氧化腐蚀，从而延长了烧嘴的寿命。但是，铜用作喷头也存在一个致命的弱点，就是其熔点偏低，不耐高温，很容易被烧毁。

客观地说，针对气化炉特殊的运行工况， 壳牌对开工烧嘴采取以上的设计理念还是很先进的(目前仍没有更好的设计方案来替代)， 只要充分掌握了纯氧燃烧的特性和铜头的特点，在实际操作中采取有效的、针对性的预防措施，还是能大大降低开工烧嘴的故障率。但由于经验上的不足，国内大多数壳牌炉在开工初期总是频繁出现开工烧嘴点火故障，其原因是多方面的，由于篇幅有限，以下只列举几个典型案例加以分析：

烧嘴点火点火时氧油不同步

根据壳牌工艺要求，开工烧嘴点火时最关键的一点是要保证氧气和柴油同时到达烧嘴喷头，如果氧气比柴油先到， 喷出的氧气一遇到点火烧嘴火焰，瞬间将产生约3000℃的高温火焰，很快就会将铜头烧化。但实际操作中不可能做到氧油绝对同步，为确保氧气滞后于柴油，实际操作中往往采取让柴油先到的办法，因为柴油若比氧气先到，柴油将被氧管线里的高压吹扫氮雾化而喷出，对烧嘴没有影响，但早到时间也不能偏长，否则大量的柴油喷入炉膛，极易发生事故。

具体时间应通过试验来测定。通常的做法是通过做试验(用水代替油、用氮气代替氧气)来测定氧气和柴油开关阀动作时间和各自到达喷嘴头的时间( 用秒表测定)，再将测定的时间值输入到DCS的开工烧嘴顺控程序中(氧气在管内的流速比柴油快，它到达喷头的时间肯定比柴油短，可通过DCS组态在顺控程序中进行延时设定)。但在实际操作中，由于时间测量上的误差，经常会发生氧比油先到的现象，致使铜头因高温而烧毁。

烧嘴点火阀门的控制逻辑不合理

开工烧嘴正常工作时，氧气开关阀13XV0023 和柴油开关阀13XV0024 为全开状态， 氧管线吹扫阀13XY0027 和油管线吹扫阀13XV0025、13XV0026 处于关闭状态。开工烧嘴正常退出时，由DCS 执行顺控程序，先开启13XV0025、13XV0026 和13XY0027，将高压吹扫氮气先补进氧油管线， 然后再关闭13XV0023 和13XV0024， 切断氧气和柴油， 目的是防止烧嘴退出时烧嘴里的油和氧被炉膛的高背压往回顶，产生回火现象而将烧嘴烧坏。

以上指的是烧嘴的正常退出程序，按理说非正常退出时也应如此，但有些气化炉在开工烧嘴因联锁保护动作而发生跳车时，经常将烧嘴烧坏，后经观察发现， 每当烧嘴非正常退出( 跳车) 时，13XV0025、13XV0026 和13XY0027 的开启总是比13XV0023 和13XV0024 的关闭晚，即氧油已切断而高压吹扫氮气来不及补上，导致回火而烧毁烧嘴。

为何会发生这样的现象呢？ 有经验的技术人员从DCS 与ESD 之间找到了原因： 烧嘴系统正常退出时由DCS 控制， 而跳车时则由ESD 通过DCS 向13XV0025、13XV0026 和13XY0027 发出“开” 的命令， 同时直接向13XV0023 和13XV0024 发出“ 关”命令，可ESD 与DCS 之间通讯需要时间，致使高压吹扫氮滞后(约1.3s)补进，造成开工烧嘴回火被烧坏。后来将以上3 个阀门全部改为由ESD 直接控制后，问题得以解决。

烧嘴点火柴油管线压力不稳

壳牌炉的柴油泵一般都设在零米，且大都采用往复泵，往复泵的优点是扬程大，缺点是出口压力不稳，为保持柴油管线的压力稳定，在泵的出口都设计了柴油缓冲罐(也称作阻尼器或蓄能器)，目的是随时调整柴油管线的压力，防止开工烧嘴因油压不稳而跳车。但由于柴油缓冲罐也安装在零米，而开工烧嘴安装在43m 层， 两者之间连接管线太长、且高度相差大， 制约了缓冲罐的压力调节能力，致使开工烧嘴经常因油压不稳导致氧油比超限而跳车。据悉，龙宇煤化工通过调整柴油缓冲罐的位置而圆满解决了这一问题，具体整改方案概述如下：把位于零米的柴油缓冲罐移至38m 的平台上。

在缓冲罐投用前，先用高压氮气向罐内充25~30kgf(1kgf 约等于9.806N，下同)的压力，使罐内的液位达到5cm 左右，当柴油管线内的压力大于30kgf 时再投用缓冲罐。这样不仅缩短了缓冲罐与开工烧嘴的距离，而且可使罐内有足够可压缩的气体，从而让缓冲罐起到了很好的稳压作用。

烧嘴点火火检信号延时设置不合适

壳牌气化炉设置了专门的火焰探测器(通常称为火检)，用来检测开工烧嘴点火是否成功，此检测信号既用来保护开工烧嘴，同时又给粉煤烧嘴的投放提供了条件。火焰探测器是通过紫外线探测火焰强度的，检测的是电离信号，并输出给DCS(开关量信号)。

当氧气开关阀13XV0023 开启后， 开工烧嘴顺控程序将延迟几秒来检测火检信号，如果未检测到火焰，开工烧嘴将立即跳车，以保护烧嘴。

因氧气从开关阀到烧嘴喷头需要时间，且烧嘴刚点着时，氧油混合燃烧并不稳定，且火焰强度也不高，所以在顺控程序中对火检信号设置了延迟时间，以确保检测信号的准确。这一设计是非常合理的，关键是如何确定合适的延迟时间，若时间偏短，烧嘴还未点着或点着后火焰还没稳定就跳车了，属误停车；若时间偏长，烧嘴如果确实未点燃而没有及时跳车，很容易把烧嘴烧坏，而且柴油留在炉内，在下次点火时会出现爆燃，危害到设备安全。

据技术人员介绍，火检信号的延迟检测时间一般设置为3～5s 较合适， 具体准确时间需现场做试验测定，各烧嘴略有不同 。