工业炉燃烧器火焰过长发飘原因

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一、问题的表象及影响

准确的识别出燃烧器火焰故障是诊断并纠正问题的前提，尤其是当只有个别燃烧器存在问题的时候，这可能对绝大多技术管理人员是无法跨越的门槛；火焰过长和发飘是燃烧过程中常见的问题，以下是火焰过长和发飘问题的表象及其影响：

1、火焰异常：通过观察炉膛内部，可以轻易识别发现火焰长度超出正常范围及发飘的现象，火焰甚至可能延伸到对流段或炉膛的其他区域；燃烧火焰区域可能显得非常朦胧，火焰不是明亮界限清晰的；

2、火焰不稳定：火焰可能会摇摆不定，非常不稳定，可能是因为个别或全部燃烧过程中空气和燃料混合不均匀或燃烧器设置不当造成的；

3、烟气排放异常：烟囱中可能会排出浓烟或可见的烟羽，这是不完全燃烧的迹象，表明火焰未能有效地将燃料转化为热能；烟囱排烟温度可能高于设计规范。

4、热效率下降：理论上，长火焰比短火焰在向辐射管传递热量方面的效率低，因为它们的平均温度较低，另外过长的火焰意味着热量在到达需要加热的区域之前就已经散失，导致热效率降低；

5、工艺温度异常：因效率下降，可能会介质工艺出口温度无法达到目标值；

6、燃料消耗增加：为了维持所需的工艺温度或产量，较低的辐射效率可能导致如果需要相同的辐射吸需要更高的燃料消耗 ，从而增加了燃料消耗；

7、炉膛温度异常：炉膛内部的温度可能会高于正常操作范围，这可能会导致炉膛材料过热和损坏；

8、管道或设备损坏：过长发飘的火焰如果接触到炉膛内的管道或其他设备，可能会导致局部过热、结垢或结焦，缩短烧焦周期，减少热传递，同时进而导致设备损坏或寿命缩短；

9、排放增加：不完全燃烧及局部燃烧过剧烈可能会导致排放中有害物质含量增加，如CO、NOx；

10、操作困难：火焰过长和发飘可能会使操作人员难以维持稳定的燃烧，增加了操作的复杂性和难度；

11、安全隐患：不稳定的火焰可能会引起炉膛内部的压力波动，甚至可能导致爆炸或其他安全事故；



二、原因及纠正措施
解决火焰发飘过长的问题通常需要对燃烧器的设计、操作参数和维护状况进行全面检查和调整。可能需要优化燃烧器的布置，更换必要的燃烧器部件甚至燃烧器换新以及定期清理和维护燃烧器，以保持最佳的燃烧效率和安全性；

1、 燃烧器布置或炉膛设计不合理
可能导致火焰过长发飘的炉膛设计或燃烧器布置问题：燃烧器间距不足或不均匀、燃烧器到炉管的距离不均匀或每台燃烧器的实际负荷不均匀、不对称的炉膛形状或燃烧器布置引起的不良的烟气内回流状态；

上面描述的情况下，可能导致燃烧器的火焰的合并。对于依赖大量烟气循环和夹带的超低NOx燃烧器，这种风险更高。所以如果加热炉已经建成，通常很难从根本上解决纠正火焰问题，除非重新布置燃烧器，如果因炉膛不对称造成的问题我们很难处理；然而，也可以尝试通过更改燃烧器设计来缩短火焰或偏置燃料喷射来减轻问题的可能；

2、燃烧器燃气喷嘴问题
当空气和燃料以不正确的比例混合时，可能会发生火焰延长。当燃气喷嘴太大、太小或完全堵塞时，就会出现火焰发飘过长；首先需要仔细检查燃烧器喷嘴中的开口的大小方向。在维护或出厂期间个别燃烧器可能安装了错误的喷嘴，导致相同的燃烧器相同位置的喷嘴导致燃料喷出不均匀。需要更换任何损坏或开孔不正确的喷嘴；当燃气中的液体携带物凝结并在燃气嘴内形成焦炭时，喷嘴的燃气口就会堵塞，应立即清洁或更换堵塞的燃气喷嘴；

3、助燃空气问题
当空气和燃料以不正确的比例混合时，可能会火焰过长发飘。整个炉膛中有一个或几个燃烧器因缺乏燃烧空气时，而加热炉整体氧含量正常操作，就会出现这种情况。纠正措施旨在确保每个燃烧器都被均匀的提供足够的空气，并且这些空气与燃料迅速且完全混合，以实现快速燃烧和较小的火焰体积。在燃烧器处没与燃料混合反应的空气会进入炉膛其他区域。操作人员应检查加热器辐射段顶部的炉压和氧含量水平，以确定是否有足够的氧气燃烧燃料。如果过剩空气低于目标水平，应将炉压和过剩氧气调整到正确的水平；

4、燃烧器在操作范围外运行
如果燃烧器显示长火焰，并且大多数燃烧器的火焰长度相同，需要检查燃烧热释放；特别是在燃烧器布置紧凑或部分燃烧器停用的情况下；超过额定热释放的燃烧会导致燃烧器反应不完全，并产生冒烟的长火焰。需要投入更多的燃烧器运行，或减少燃料输入。如果需要增加热释放以更换更大规格的燃烧器；

5、过重组分燃料
火焰过长发飘的另一个原因可能是燃料气体成分的变化，即原始设计轻组分燃料，实际运行的燃料组分过重。甲烷或更重的烃类燃料可能会增加氧气需求，必须打开空气挡板，可能还需要打开烟囱挡板以提供更多的空气；组分过重的燃料也可能导致燃烧器处的燃料气体压力降低，这将导致由于烟气夹带减少而导致NOx排放增加，以及由于燃料和空气混合效率降低而导致火焰更长。如果更重组分的燃料需要长周期运行，一般需要重新设计更换燃烧器或更换燃料喷嘴以适应这种燃料组分；