扎克燃烧器在注汽锅炉上的应用

摘要:介绍了扎克燃烧器在特种油开发公司注汽锅炉上的应用情况，重点叙述了该类燃烧器的工艺结构、工作原理和技术特性。通过对其现场实施效果的分析，并与北美燃烧器相比较，总结出使用扎克燃烧器具有很高的经济性和环保性，具有进一步推广应用的价值。

关键词:注汽锅炉 燃烧器 超稠油

1、前言

注汽锅炉是油田稠油热采的基础设备，也是主要的耗能设备，随着特油公司超稠油开采的不断深入发展，注汽锅炉规模也随之逐渐扩大。目前油田专用的注汽锅炉大部分采用北美燃烧器，多以燃油为主，但北美燃烧器对油品物性，尤其是对油品粘度要求较高，不能直接以特油公司生产的超稠油作为燃料。为了降低超稠油热采成本，从2003年开始，特油公司引进了德国扎克SKV系列燃烧器，经过现场逐步推广引用，取得了良好的节能效果。

扎克燃烧器可燃烧各种液体或气体燃料，目前特油公司引进的是SKV150系列燃油型燃烧器。扎克燃烧器技术的基础是以热能辅助的多级旋转和空气雾化，通过对一次、二次、三次风的准确分布控制来达到完美燃烧的过程。其核心部件是旋转的雾化杯，液体燃料在几乎无压力的状态下注入雾化杯，通过旋转产生的离心力从注入的油流中形成一层极薄的均质又封闭的膜，均匀的分布在雾化杯内壁。燃料薄膜从雾化杯口脱离，在张力作用下形成更细的油雾。通过高动能的雾化杯缘集中排出的一次风，在此完成雾化的最后、也是最实质性的部分，从而达到理想的燃烧效果。

2、扎克燃烧器技术参数及工艺结构

2.1 技术参数

燃烧器出力：最大16.797MW，最小1.811MW。

燃料消耗：最大1500kg/h，最小160kg/h。

燃油等级：所有符合DIN 51603的油。

燃油动力粘度：最大45mm2/s。

风温：小于40℃。

过剩空气系数：NL=1.1

大气压力：PL=1.013bar

控制电压：50Hz，220V

防护等级：IP54（符合DIN 40050）

2.2 工艺结构

扎克燃烧器主要由转杯雾化器、配风器、中央风箱组成[1]。这种燃烧器依靠转杯的雾化原理来燃烧燃料。雾化器铰链安装在配风器上，向右手边摆出。自火焰方向看去，转杯雾化器转动方向为逆时针。为保证正常的燃烧，扎克燃烧器需要以下辅助设备：燃油供给和预热设备、燃烧空气供给设备、复合比例调节器、点火系统和控制监测系统。

3、技术特性

3.1 转杯雾化器

转杯雾化器主要用来供给、分流、雾化燃油，同时供给、引导和监测一次风。内设油分配器，转杯内壁经过高精度表面镀铬硬化处理，运行无振动，油薄膜成型均匀，即使使用清洁度不佳的燃油，也可保证在长时间运行过程中的高精细雾化。

3.2 配风器

配风器包括中央风箱、轴向导风叶、径向导风叶、外部调节环、内部调节环。主要作用是引导和分配燃烧空气经环形锥体流进炉膛，并且提供一定比例的燃烧风给锅炉作为三次风，并沿轴向环阀杯罩表面相反的方向喷入，以防止设备结焦。配风器提供均匀的燃烧风使转杯雾化器产生适当混合燃油的油薄雾。

3.3 引燃枪

扎克燃烧器采用独特的双引燃枪点火工艺结构，两支引燃枪伸入燃烧器内，在转杯口一前一后，同时点火，有效保证了主燃火点火的成功率和锅炉燃烧的自动运行。点火气体可以使用天然气或液化气，外壳上装有调节螺丝，可以调节引燃进风量。扎克燃烧器火焰监控系统为红外线火焰监测器。

3.4 复合比例调节器

复合比例调节器是一个额定可调节的阀，受RSE-PⅡ型复合控制器控制开度。油量根据需要通过旋转分流阀的轴向旋转角度来调节，并通过连杆机构把信号反馈至一次风、二次风调节器，维持燃料/风量一定的比例，保证最优的燃烧效果。

4、现场应用及效果分析

4.1 现场应用情况

2003年特油公司在热注作业区大十二站39＃炉率先使用扎克燃烧器，直接以相对经济的超稠油作为燃料，经过六个月的现场调试、实施论证，表1是39＃锅炉调试运行的主要数据。从表中数据可以看出，扎克燃烧器直接烧超稠油的燃烧指标是非常优秀的，取得了良好的效果，从现场观察，火焰细腻、刚劲有力、明亮、燃烧速度快、火焰轮廓小。目前，扎克燃烧器不断被特油公司推广应用，现有12台注汽锅炉采用该种燃烧器，并且还有逐年扩大的趋势。

4.2 效果分析

4.2.1提高了注汽锅炉热效率

北美燃烧器锅炉热效率一般在80％左右，而扎克燃烧器锅炉热效率在87％左右。扎克燃烧器由于采用转杯式雾化，燃油在一次风的配合下，通过离心力的作用，在转杯内壁形成均匀的油膜，雾化细腻，更易充分燃烧，特别是在低负荷运行时因油膜减薄雾化质量有所提高，因此扎克燃烧器的热效率要比北美燃烧器高。

4.2.2 降低了锅炉蒸汽损耗

北美燃烧器采用介质雾化，需要消耗一部分蒸汽，这就降低了蒸汽的利用率，而且雾化压力受井压波动的影响，不利用锅炉燃烧运行。而扎克燃烧器采用转杯式雾化，不需要消耗蒸汽，雾化效果也不受外界因素的影响。

4.2.3 一体式安装，维护保养方便

扎克燃烧器采用一体式安装，结构紧凑，节约了使用空间。可以在不拆除供油管道中的情况下将燃烧器门旋转打开，对转杯、轴向导风环等进行清洁维护，操作简单方便，降低了工人劳动强度。

4.2.4 对油品物性要求不高，适应能力强

扎克燃烧器的油品使用范围比北美燃烧器宽，要求燃烧器入口油品动力粘度小于45mm2/s，配套相关的燃油供给系统，还能够燃烧250号重油，也适用于各种质量、粘度及污染度的燃油，并且具有较高的安全性。

4.2.5 氮氧化物、固体排放物低，利于环保

注汽锅炉排烟中的氮氧化物是主要的污染物质，大量排放这些污染物质会使大气受到严重污染,为了保护环境, 保护空气的洁净,必须对污染排放源加以限制。要很好地控制NOX的产生,必须降低燃烧温度和少供应空气,但空气供应过少, 不完全燃烧产物以及有害的碳氢化合物会增加[2]。扎克燃烧器很好的解决了这一问题，通过热能辅助的多级旋转雾化和空气雾化，能够实现NOX和固体物低含量排放，废气排放指标低于德国有关规定的要求值，并且符合欧洲2号排放标准。

4.3 注汽锅炉扎克燃烧器与北美燃烧器性能与效益对比

5、结论与认识

(1)扎克燃烧器在注汽锅炉上的成功应用，打破了北美燃烧器在注汽锅炉上20 多年的统治地位。它雾化方式比北美燃烧器先进，热效率、燃净率比北美燃烧器高，对燃料适应性强，废气、固体排放物低，有利于节能减排和环境保护。从油田发展的前景来看，扎克燃烧器适合被推广应用，以取代老式的北美燃烧器，同时推动油田注汽锅炉技术的全面发展。

(2)虽然扎克燃烧器有很多优点，但也存在缺点和不足。转杯雾化器加工精密，高速旋转的元件制造、加工维修要求高，需要高素质的专业维修人员，而且转杯易于沾污，需要定期维护清理。

参考文献

[1] 张有泉.SKV80转杯雾化燃烧器的维护与保养[J].仪器仪表用户,2002,(5):43～44.

[2] 刘建峰.锅炉燃烧和环境保护[J].机械管理开发,2006,(5):61～63.

作者简介：李宗生（1978.8-），男，工程师，2002年毕业于中国石油大学热能工程专业，现从事超稠油开发工作。