金属纤维燃烧器在小型燃气锅炉的研究

沈斌斌

（克雷登热能设备（浙江）有限公司，浙江杭州 310019）

金属纤维燃烧器在小型燃气锅炉的研究

沈斌斌

（克雷登热能设备（浙江）有限公司，浙江杭州 310019）

金属纤维燃烧器由预混均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在金属纤维表面层进行燃烧，火焰承蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放。由于金属纤维织物的均匀透气性、燃气与空气的均匀预混，燃烧十分稳定、温度分布均匀，因此抑制了 NOx的生产。预混又有足够的空气供给，故 CO 的排放也低，远小于我国标准排放值。

NOx排放 ；燃烧器 ；全预混燃烧 ；燃气锅炉

1 金属纤维燃烧器技术背景

金属纤维燃烧器所用的纤维，系采用机械方法制成的耐热合金钢（一般为铁铬铝合金）纤维，直径约40～50μm。将这种纤维通过烧结或针织方式制成特殊的具有立体网状结构的通透性材料。金属纤维燃烧器采用全预混燃烧，预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表层进行燃烧，火焰呈蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放。

由于金属纤维织物的均匀透气性和燃气与空气的均匀预混，燃烧稳定、温度分布均匀，在燃气与空气预先混合均匀的情况下瞬时完成，不需要二次空气，火焰只有一个燃烧面没有局部高温存在，因此抑制了 NOx的生产。预混又有足够的空气供给，故CO的排放也低。

2 金属纤维燃烧器在小型燃气锅炉上的研究

以 本 司 E-304 锅 炉 为 例， 锅 炉 功 率 2 943kW， 耗 气 量 ：319m3/h ；经计算，需金属纤维网总面积 0.38m2，单位面积热功 率 ：7 834kW/m2， 为 满 足 整 体 20%～100% 负 荷 调 节 燃 烧，最低 单位面积 热负荷为 1 566.8kW/m2。目前常 见金属纤 维燃烧器按体型主要分为：柱状体、锥形体和碟形体结构，针对不同炉膛各有优势，由于本司精于立式直流锅炉，炉膛较小。故而以锥形体（见图1）为优先考虑，锥形体整体钢性较好且易于形成心形。

图1 锥形体图

辐射面（类似于本司传统燃烧器的心形火焰）。由于目前国内金属纤维烧结技术较为不成熟，偶尔会产生局部网孔不均匀现象，因此金属纤维网最终采用针织型，这种金属纤维网的孔隙远小于燃气的熄火距离，且编织时其长纤维位于同一平面，横向热传导性好，另一方面，金属纤维在垂直方向上是长纤维的点接触，因此在气流方向上以长纤维的接触传热为主，热导率相对较小，即使金属纤维表面温度达到或超过 1 000℃，未燃气体侧的温度与混合气温度仍然很接近，能有效防止全预混容易造成的回火。

金属纤维燃烧器应用于一种改进的燃料/空气预混系统，该系统由高压燃烧风机、空气/燃料预混合器、调节器、预混合集气室、金属纤维燃烧器集管及一个先进的空气/燃料微比率调节控制系统组成（见图2）。

图2 调节控制系统组成图

空气与燃气在预混腔及调节器内充分混合后，通过预混合集气室与燃烧器集气管导入燃烧室。此系统能以一个近似4∶1的调节比进行自动调节控制。通常烟气排放物中极限 NOx为18mg/m3，CO 低至2mg/m3。

空气 /燃料微比率调节控制：风的调节通过变频器和风门两条曲线，燃气量是通过调节燃气阀的开度曲线调整。在20%～100% 中三条曲线进行多段设置，达到全负荷最佳的空然比状态。控制曲线记录在 PLC 内部，通过触摸屏操作可调整曲线的设定。

3 金属纤维燃烧器的特点和注意事项

3.1 金属纤维燃烧器的特点

①污染排放低，NOx和CO等不完全燃烧产物排放浓度极低，远低于国家标准要求；②节能，采用全预混方式，燃烧完全，燃烧效率高。③安全性高，金属纤维介质孔隙的细密性决定了金属纤维的回火倾向性极低。另外，金属纤维的抗腐蚀性强，抗热冲击性能高，热惰性小，能被很快的加热和冷却，金属纤维载体比多孔陶瓷板牢固，不怕冷凝水，有一定的机械强度。

3.2 金属纤维燃烧器的注意事项

①金属纤维燃烧器对燃料通过金属纤维网的流速很敏感。因此，保持金属纤维网的清洁很重要。烟灰及一些杂尘沉积在燃烧器透气网表面会阻塞燃料的流动，直接导致燃料在金属纤维网表面的不均匀分布，这种燃料的不均匀分布会使燃烧室内的火焰不稳定；空气进气口设置差压表可以有效地解决这一问题；②燃烧室前的火焰和温度检测的设置相当有必要，防止燃烧器回火的可能性；③建议进风系统设置变频器，能有效地避开爆燃区间；

4 结束语

好的设备需要好的系统、后期维护及自控的支持，本燃烧器仅适用于燃用天然气型蒸汽锅炉和热水锅炉，经用户反馈燃烧性能稳定且维护方便。

[1] 王振兴，廖雄，杨俊杰 .全预混金属纤维燃烧器的研究 [J].煤气与热力，2011，31（6）：18-20.

[2] 赵钦新 .燃 油燃 气锅炉结构 设计 及图册 [M].西安 ：西 安交通大学出版社，2002.

Research on Metal Fiber Burner in Small Gas-Fired Boiler

Shen Bin-bin

The metal fi ber burner fl ows from the premixed gas and air mixture to the head of the burner，and burns on the surface of the metal fi ber.The fl ame is blue on the surface and the heat is released in the convection mode.Due to the uniform permeability of the metal fi ber fabric，uniform premixed gas and air，the combustion is very stable and the temperature distribution is uniform，thus inhibiting the production of NOx.Premixed and suff i cient air supply，so the CO emissions are also low，much smaller than our standard emission value.

NOxemission ；burner ；fully premixed combustion ；gas boiler

TK473

：A

：1003–6490（2017）07–0118–02

2017–05–10

沈斌斌（1982—），男，浙江杭州人，工程师，主要研究方向为锅炉行业（热能设备与动力工程），小型化燃油燃气锅炉，锅炉燃烧器，低氮型燃烧器，全预混燃烧系统，燃气/燃油燃烧器。