一、燃烧介质的定义
燃烧介质,说白了就是燃烧设备烧的东西。
在锅炉和工业加热领域,燃烧介质就是燃料——天然气、液化石油气、柴油、重油、煤、生物质颗粒等等。
不同的燃烧介质热值不同、燃烧特性不同,对应的燃烧设备结构也不同。
一台烧天然气的燃烧机不能直接烧柴油,因为喷嘴结构、雾化方式和空燃比完全不同。
所以选型时首先要确定燃烧介质是什么,这个定下来才能选对应的燃烧设备。
二、气体燃料
气体燃料是目前工业锅炉最常用的燃烧介质,主要有以下几种。
天然气:主要成分甲烷(占90%以上),低位热值约8500大卡/立方米(约35.5MJ/m³)。
供气压力一般2000到3000帕(管道气),城市门站过来的压力更高,需要调压。
天然气是目前最主流的工业燃料,清洁、方便、价格适中。
液化气(LPG):主要成分丙烷和丁烷的混合物,低位热值约22000大卡/千克(约92MJ/kg),热值大约是天然气的2.6倍。
液化气以液态储存在压力罐中,气化后使用,供应压力2800帕左右。
液化气适合没有天然气管道的地区,但燃料成本比天然气高30%到50%。
人工煤气:热值低,只有3500到4500大卡/立方米,现在大城市基本不用了,偏远地区还有少量使用。
沼气/生物气:热值约5000到6000大卡/立方米,含甲烷50%到60%,其余是二氧化碳。
沼气中含硫化氢,对设备有腐蚀作用,需要脱硫处理才能用于燃烧设备。
三、液体燃料
液体燃料主要用在没有气源或者气源不稳定的场合。
柴油(轻油):低位热值约10200大卡/升(约42.7MJ/kg)。
柴油燃烧机的结构比燃气燃烧机复杂,需要燃油泵、喷嘴雾化器和油温预热系统。
柴油价格受国际油价影响波动,目前约7元/升。
轻油燃烧机的喷嘴孔径小(0.5到1.5毫米),容易堵塞,需要定期更换。
重油:低位热值约9800大卡/千克,价格便宜,但粘度大,需要加热到80到120度才能正常雾化燃烧。
重油燃烧机有油温加热系统(电加热或蒸汽加热),喷嘴孔径比轻油大。
重油燃烧会产生较多的烟尘和硫化物,环保要求严格的地区已经限制使用。
废机油/废燃料油:一些加工厂会把废机油回收利用,但这种燃料杂质多、热值不稳定,燃烧设备需要特殊设计,一般不建议在正规项目中使用。
四、固体燃料
固体燃料包括煤、生物质颗粒、木屑等。
煤:热值因煤种不同差异很大,无烟煤约6000到7000大卡/千克,烟煤约4500到5500大卡/千克。
燃煤锅炉现在在大部分地区已经被淘汰或改造,只在少数偏远地区还有使用。
生物质颗粒:由木屑、秸秆等压缩制成,热值约3800到4200大卡/千克。
生物质锅炉在农林废弃物丰富的地区有一定市场,燃料成本比天然气低40%到60%,但烟尘排放高,需要配备除尘设备。
生物质燃料的缺点是体积大、储存空间要求高,且容易受潮。
五、燃烧介质选择要点
选择燃烧介质时需要考虑以下几个因素。
第一是能源可获得性——当地有没有天然气管道是首要考虑因素。
有管道气的优先考虑天然气,没有的再考虑液化气或柴油。
第二是环保要求——天然气是清洁燃料,NOx、SOx和烟尘排放都是最低的。
如果当地环保要求严格(比如NOx低于30mg/m³),基本只能选天然气。
第三是燃料成本——按产生同样热量的成本来比较:天然气最低,生物质颗粒次之(低20%到30%),柴油最高(比天然气高50%到80%)。
第四是使用便利性——天然气随开随用,不需要储燃料;
柴油和生物质需要储油罐或料仓,占用空间且有安全隐患。
综合来看,在天然气管道覆盖的区域,天然气是最优选择。
没有管道的,可以考虑LPG罐站或者生物质。
重油和煤只在特殊工况下使用。
六、不同燃烧介质对设备的要求
燃烧介质确定后,燃烧设备的配置也要对应调整。
喷嘴/燃烧头:天然气燃烧头喷嘴孔径大(2到5毫米),柴油燃烧头有雾化喷嘴(孔径0.5到1.5毫米)和油泵。
空燃比:天然气理论空燃比约10:1,柴油约14.5:1,燃烧机的风门设定要对应调整。
点火方式:气体燃料用电火花点火就够了,液体燃料需要更高的点火能量(10到15焦耳)和更长的点火时间。
安全要求:天然气密度比空气轻,泄漏后往上飘,燃气报警器安装在高处。
液化气密度比空气重,泄漏后下沉聚集在地面,报警器要安装在低处。
柴油泄漏没有爆炸危险但会污染地面,需要设置防泄漏托盘。
