天然氣的燃燒及燃燒調(diào)整研究

孟元甲 呂高鋒

西安航天源動力工程有限公司 陜西西安 710000

隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展進(jìn)步，我國大部分地區(qū)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對天然氣田加大開發(fā)和利用，促使燃?xì)饽茉吹玫狡毡檫\(yùn)用。但因我國在天然氣燃燒以及燃燒調(diào)整方面的經(jīng)驗(yàn)相對比較匱乏，為保證天然氣燃燒效率得到有效提升，能源使用效率提高，對此，相關(guān)機(jī)構(gòu)和部門正在多方向探索和研究天然氣燃燒工況。

1 天然氣燃燒過程分析

1.1 天然氣燃燒器的兩種方式

天然氣燃燒器在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了確保天然氣得到充分燃燒，需在天然氣與空氣混合的情況下，合理選擇燃燒方式。目前，天然氣燃燒方式主要包括擴(kuò)散式燃燒和預(yù)混式燃燒兩種。擴(kuò)散式燃燒主要是指天然氣和空氣二者邊混合邊燃燒的一種燃燒方式，而預(yù)混式燃燒是指天然氣和空氣在被送入過路線中進(jìn)行混合，當(dāng)二者均勻擴(kuò)散之后，在將其送入鍋爐內(nèi)部進(jìn)行燃燒。而天然氣與空氣的混合程度對天然氣的燃燒速度和燃燒程度產(chǎn)生直接影響[1]。

1.2 擴(kuò)散燃燒方式

擴(kuò)散燃燒方式主要是指天然氣和空氣在爐內(nèi)邊燃燒邊混合的一種燃燒方式，而空氣多少、空氣密度以及天然氣與空氣的混合程度直接影響天然氣的燃燒速度。通常情況下，擴(kuò)散燃燒方式主要分為層流和湍流兩種方式。

通常情況下，擴(kuò)散燃燒主要由天然氣分配集箱、旋流器、風(fēng)管以及穩(wěn)焰器等多種裝備組合而成。在天然氣燃燒過程中，燃燒器外側(cè)會均勻布置多根氣槍，同時(shí)，氣槍頂端可以根據(jù)實(shí)際情況，合理分段進(jìn)行燃燒噴孔。天然氣槍往爐內(nèi)注入天然氣的同時(shí)，還需利用調(diào)風(fēng)器風(fēng)管以及風(fēng)管調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備，將空氣傳輸至鍋爐內(nèi)部。根據(jù)實(shí)際情況，在一次風(fēng)管、二次風(fēng)管、分級風(fēng)管上合理設(shè)置旋流器，確保風(fēng)在流動過程中形成一個(gè)高壓漩渦區(qū)。同時(shí)，空氣在進(jìn)入爐膛的高速旋轉(zhuǎn)過程中，自身的溫度會發(fā)生一定變化，一旦溫度達(dá)到燃點(diǎn)，與空氣、天然氣相遇機(jī)會發(fā)生燃燒。但是燃燒器在進(jìn)行分段燃燒時(shí)，其位置不同的風(fēng)管也會從不同位置傳輸空氣進(jìn)入爐內(nèi)，只有這樣，才能保證天然氣和空氣充分混合，從而真正實(shí)現(xiàn)天然氣和燃?xì)膺吇旌线吶紵哪康摹?/p>

1.3 預(yù)混燃燒方式

預(yù)混燃燒方式其實(shí)是動力燃燒的一種，并且天然氣的燃燒程度與風(fēng)管的進(jìn)風(fēng)量以及天然氣形成的射流有著密切關(guān)聯(lián)。一般情況下，預(yù)混燃燒方式主要由點(diǎn)火器、主天然氣燃燒器、風(fēng)管、天然氣環(huán)形集箱等相關(guān)設(shè)備組合而成。天然氣燃燒時(shí)，通過多根氣槍噴出天然氣，然后在環(huán)形集箱高速運(yùn)轉(zhuǎn)作用下，形成一個(gè)切向圓，最后，利用調(diào)風(fēng)器，將風(fēng)管進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)轉(zhuǎn)變成一個(gè)高強(qiáng)度的旋流。但是因天然氣壓力和氣流速度影響，促使天然氣和空氣進(jìn)行充分混合，保證天然氣燃燒火焰的穩(wěn)定性。

2 天然氣燃燒調(diào)整的有效措施

2.1 對天然氣壓力進(jìn)行合理調(diào)整

天然氣在調(diào)整壓力的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，合理調(diào)整天然氣壓力范圍，確保天然氣壓力的合理性。當(dāng)天然氣壓力調(diào)整超出允許范圍時(shí)，爐內(nèi)的燃燒會不穩(wěn)定，鍋爐的內(nèi)部的溫度也會出現(xiàn)異常，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒惡化或出現(xiàn)其他危害。因此，天然氣工作壓力在調(diào)整過程中，要對燃燒器進(jìn)行綜合考慮，確保二者協(xié)調(diào)。天然氣在擴(kuò)散燃燒方式作用下，其工作壓力會逐漸增加，促使天然氣和空氣二者的混合速率得到提升。天然氣壓力在不斷變化的情況下，其燃燒器作用也會隨之發(fā)生相應(yīng)變化。燃燒器在設(shè)置過程中，需按照相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)置高度，對此，天然氣壓力在增減過程中，爐內(nèi)的火焰高度也會隨之發(fā)生變化，確保爐內(nèi)燃?xì)鉁囟扰c相關(guān)要求相符合[2]。

2.2 對天然氣燃燒器進(jìn)行調(diào)整

通常情況下，爐膛內(nèi)部會從上向下或沿圓周方向布置多個(gè)燃燒器，利用對沖或切圓方式進(jìn)行燃燒。天然氣爐在滿負(fù)荷的情況下，全部燃燒器都處于運(yùn)行狀態(tài)，爐內(nèi)溫度處于最高點(diǎn)，容易造成局部超溫，或高溫部件發(fā)生故障。為了有效解決這種問題現(xiàn)象，需要在高負(fù)荷狀態(tài)下，調(diào)整燃燒器運(yùn)行狀態(tài)，一方面調(diào)整多個(gè)燒嘴的工作壓力，另一方面根據(jù)燃燒器位置不同，調(diào)整天然氣投入量。同時(shí)，天然氣在提升工作壓力時(shí)，可以適當(dāng)降低燃?xì)馔哆\(yùn)量。另外，部分多層設(shè)置燃燒器的鍋爐，由于燃燒器的高度設(shè)置大不相同，因此，為了有效降低爐內(nèi)火焰高度，需要降低水溫，減少水循環(huán)系統(tǒng)損壞，確保天然氣正常燃燒。

2.3 對總風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整

為了保證天然氣燃燒的安全性和穩(wěn)定性，必須嚴(yán)格按照等比例要求對天然氣和空氣二者進(jìn)行混合，而總風(fēng)量的多少和調(diào)整對天然氣是影響天然氣和空氣等比例混合的主要因素，需要對其加強(qiáng)重視。但因天然氣自身具有的特定性質(zhì)，一旦總風(fēng)量控制不當(dāng)，則會使燃燒器以及鍋爐膛內(nèi)的天然氣和空氣比例失衡，造成天然氣燃燒惡化。另外，如果天然氣燃燒不充分且被排放到空氣中，則會導(dǎo)致空氣中的一氧化碳值超標(biāo)，而一氧化碳為毒性氣體，對大氣環(huán)境和操作環(huán)境都有一定的危害性。為了有效緩解上述問題，需要對天然氣燃燒過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，收集整理相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)值，通過數(shù)值分析，找出天然氣和空氣的合理比例，使燃燒有效進(jìn)行。

2.4 合理調(diào)節(jié)燃燒器的調(diào)風(fēng)器

燃燒器調(diào)風(fēng)器不僅可以對爐內(nèi)的火焰形狀進(jìn)行調(diào)節(jié)，還可以對空氣分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保天然氣和空氣進(jìn)行合理混合。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對各級風(fēng)管的風(fēng)量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，為天然氣燃燒提供所需的風(fēng)力和空氣，保證天然氣燃燒正常有序進(jìn)行，天然氣得到充分燃燒[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，為了提升天然氣的有效燃燒，控制燃燒的安全性，減少能源浪費(fèi)，我們需要結(jié)合實(shí)際情況，選擇適應(yīng)的天然氣燃燒方式。本文主要從天然氣燃燒方式的角度出發(fā)，對天然氣燃燒過程以及影響其燃燒的主要因素進(jìn)行闡述說明，幫助大家進(jìn)一步了解天然氣的燃燒，針對天然氣燃燒調(diào)整提出相關(guān)解決措施。