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导读
船用锅炉作为蒸汽动力装置的“心脏”、蒸汽动力船舶唯一的蒸汽来源，承担着向主汽轮机、各辅助机械中的辅汽轮机、海水淡化装置、船舶人员生活用汽等各种用户供汽的职责[1]。
锅炉首先将燃料的化学能转化为高温烟气的热能；再通过换热，将高温烟气的热能转化为高温蒸汽的热能；最终，高温蒸汽在各汽轮机中做功，其热能转化为机械能或电能。
因此，作为全船能量转化的第一步，锅炉能否正常燃烧不仅直接影响燃料的化学能能否充分释放，也关系到整个蒸汽动力装置能否安全稳定运行，继而影响到船舶的航速、全船的用电、人员的生活等方方面面。
本文即针对船用锅炉不正常燃烧的问题进行分析。
一、锅炉不正常燃烧的界定
增压锅炉的燃烧过程为：
可燃物燃油先经燃油泵加压，再经过喷油器雾化成细小的颗粒，喷入炉膛并挥发成油气；
同时，助燃物空气经涡轮增压机组加压后，通过配风器进入炉膛，在炉膛内与油气混合形成可燃混合气，然后着火燃烧[2]。
1、锅炉的正常燃烧
在燃烧设备处于正常状态下，油温、油压和风量达到规定数值时，炉内燃烧是接近充分、完全的。
此时每个燃烧设备的火炬锥面均匀地发出明亮的橙黄色或淡紫色（根据观火孔玻璃颜色而定），无发暗线条，无火星冒出，如图1所示。
图1 炉膛明亮的橙黄色火焰
火炬根部同风口之间既无很大的间隙，又不会相碰撞,整个炉膛内部非常清晰,从观火孔很容易看清近炉膛的管子和对面的耐火砖墙壁,没有油滴喷在受热面上和耐火砖墙壁上。
从船舶顶部烟囱冒出的烟气呈近透明的淡灰色,并且很快随风吹散消失。
2、锅炉的不正常燃烧
锅炉的不正常燃烧主要是由于燃烧相关设备出现故障或人为操作不当,导致可燃物燃油与助燃物空气的配合出现问题,从而出现点火失败、燃烧不充分、突然熄火、设备结焦等现象,最终导致燃料的热量释放不充分，锅炉产生的蒸汽参数偏低、汽轮机的功率不足、船舶航速不达标以及各用电设备供电不足等一系列严重后果。
二、锅炉不正常燃烧
的现象、原因及危害
通常,锅炉的不正常燃烧都伴随有一些现象发生,下面就这些现象进行分析说明。
1、烟囱冒黑烟
烟囱冒出黑色的浓烟且经久不散,并且通过观火孔观察到炉膛浑浊不清，呈暗红色等现象。
该现象通常是由于油温过低或雾化蒸汽量不足，导致喷入炉内的重油雾化不良，较大的油滴无法在短的火炬行程内燃烧完全，就随着烟气进入温度相对较低的管束区域，仅产生了高温分解作用，而分子量较高的石蜡和沥青以及大量细小的固体碳粒（即所谓烟炱）由于烟气温度不够未燃烧完全就被排出烟囱，形成了黑色的浓烟。
冒黑烟最直接的危害：
容易暴露目标、影响船舶的隐蔽性；
油滴积聚在喷油器喷口、管子表面导致结焦；
烟气中未完全燃烧产生的烟炱聚集在受热面上，影响管子的导热性，同时又加速管壁的腐蚀；
受热面的传热量减少，导致排烟温度升高。
排烟损失是锅炉各项热损失中最大的一项，排烟温度越高，热损失就越大，排烟温度每升高12～15℃，排烟损失就会增加1%[3]，热损失的增大，降低了锅炉经济性。
2、烟囱冒白烟
烟囱冒出白色的烟气,通过观火孔观察到炉膛颜色发白,并带有火星等现象。
产生该现象的原因:
1)风压过高(涡轮增压机组转速过高),以致炉膛温度降低,部分挥发的油气在炉膛内还未完全燃烧,便随着高速烟气一起被排出烟囱,遇到外界较冷大气时凝成油滴,形成白色雾状;
2)油温过高,燃油提前汽化形成油气，还未完全与空气混合便被烟气带出了烟囱;
3)燃油中有水分或者点炉前未对雾化蒸汽管路进行疏水,导致油气中含有较多水分,水分被蒸发并被烟气带出烟囱;
4)锅炉管束泄漏﹑破裂,水或蒸汽唢入炉膛、烟道中被烟气带出烟囱。
冒白烟同样会影响船舶的隐蔽性,降低烟气的温度,降低锅炉的效率,并且最终影响蒸汽参数、汽机功率、船舶航速、用户用电等。
3、夜间烟囱冒火星
烟囱在夜间冒出大量的火星。
其原因是:
若锅炉长期不完全燃烧,烟气所形成的烟复就会积聚在受热面、烟道和烟囱内壁上。
特别是近炉膛蒸发管束,由于烟气温度高且燃烧时有多余空气，在管壁外表面有剧烈的氧气腐蚀,使其外表面有鳞片状氧化皮产生'。
当夜间锅炉负荷较高时,烟道中的烟气温度相应较高,同时风压也较高、烟气流速大，此时就易将那些附着在受热面或内壁上的烟炱或氧化皮加热着火形成大量火星，被吹出烟囱外部。
夜间烟囱冒火星会破坏夜间船舶航行的隐蔽性。
4、炉膛突然熄火
锅炉在运行过程中，炉膛火焰突然熄灭，燃烧中断。
发生这种现象主要原因有：
1）日用燃油柜中的燃油基本被用尽；
2）大风浪天气将舱底的积水、杂质泛上来，导致油柜中太脏、过滤器被堵塞；
3）锅炉负荷降低幅度较大，而涡轮增压机组降幅速度未跟上，风油配比偏大较多，炉膛火焰被吹灭[5]；
4）由于在一个单元（两台锅炉共用）的微过热调配装置中，其中一台锅炉的雾化蒸汽管路接口在装置的底部，当并炉打开主蒸汽阀门时部分冷凝水通过辅过热补汽阀至微过热调配装置、随后流入雾化蒸汽管道，加上并炉时锅炉负荷较低，便造成了第二台锅炉熄火。
锅炉突然熄火会使蒸汽动力装置供汽量突然下降，锅炉熄火后重新点炉所需时间也较长，船舶就不得不降低航速航行，重要设备的供电也会不足。
相较于锅炉燃烧效率降低，锅炉突然熄火的影响更为恶劣。
5、点火引发爆炸
而非产生正常的火焰燃烧。
锅炉进行点火操作后，炉膛中发生剧烈爆炸，在锅炉停止工作后由于各个燃油闭锁阀关闭不紧密、阀门内漏等原因，致使锅炉熄火后仍有或多或少的剩余燃油漏入炉膛内。
又因此时锅炉刚刚停炉，炉膛内温度较高，漏入的重油会挥发成油气，油气同空气混合变成可燃混合气。
下一次点火前若未对炉膛先进行通风（时间为 3～5 min），将炉膛内残余油气排出，则在点火时就会引起锅炉爆炸。
锅炉爆炸的影响恶劣，轻者震落耐火砖，严重时会将锅炉护板炸掉，使锅炉管束变形，甚至发生人员或设备事故。
特别是某些船舶的辅锅炉，使用频繁且经常熄火、点火，再加上辅锅炉的烟道长、通风阻力大，所以每次船用辅锅炉点火前均要特别注意。
另外，有时因锅炉点火时油温过低无法一次点火成功，需接连点火几次，致使炉膛内积聚相当多数量的油气，若不先进行通风处理即点火，亦会发生爆炸事故。
三、预防锅炉不正常燃烧的措施
一般来说，锅炉出现燃烧不正常主要是由于设备管理人员运维操作不当引起的。
因此，在锅炉日常运行管理和维护保养工作中，提高设备管理人员的设备运行管理和维护保养水平，是保证锅炉正常运行的重点所在。
1、降低过余空气系数
锅炉燃烧时实际供应的空气量要比理论计算的空气量要多，以便重油颗粒在点火过程中尽可能与助燃空气接触。
实际空气量与理论空气量的比值称为空气过余系数α，α总是大于1，某型船锅炉在全负荷时α=1.16～1.18。
为了使锅炉不冒黑烟，通常做法是大量地增加空气量。
但是，过大的空气过余系数（指不冒白烟情况下）对燃烧完全起不到促进作用，相反这些多余的空气会把大量热量从烟囱排出，导致锅炉热效率降低。
一般地，当锅炉在一定负荷下空气过余系数由 1.5 增高至 2.5，那么锅炉效率会下降大约 10% 左右。
如果锅炉耗油量每年为 1000 t，则其中有 100 t 左右重油会由于空气过余系数过大而白白浪费掉，如此将直接降低船舶的续航力，影响任务的完成。
因此，平时应有针对性地开展在尽量小的空气过余系数情况下满足燃烧完全的训练，掌握既不冒黑烟、冒火星又保证燃烧完全的过硬技术。
2、加强锅炉运行时的管理
锅炉工作中烟囱冒白烟，往往是由于涡轮增压机组转速过高，风油不匹配所致。
虽然锅炉升负荷完毕转入自动控制状态以后，锅炉负荷、涡轮增压机组转速以及燃油总管压力等参数均会自动根据负荷变化进行调节，但当设备发生故障时，自动控制的调节将出现偏差，从而导致负荷、风、油不匹配，锅炉发生不正常燃烧现象。
因此，作为机旁值班人员，工作中需认真对各参数的变化情况进行严密的监控，防止某个设备的某个部件出现异常情况，导致锅炉燃烧出问题。
锅炉降低负荷时要注意观察涡轮增压机组转速，防止风油严重不匹配，导致风将火吹灭；
锅炉在点火升汽阶段要严格按照条令规定对主、辅、微过热系统管路进行疏水，防止并炉时凝水通过雾化蒸汽进入炉膛，造成锅炉熄火；
锅炉并炉时开阀动作需缓慢，并及时调整涡轮增压机组转速，保持正常的风油配比值。
对于使用年限较长的设备，其零部件日益老化，在工作过程中更应该加强管理，做好各项检查维护，防范突发故障出现。
3、做好锅炉清洁保养工作
锅炉的清洁可清除受热面内外部及其他部位的积灰、积垢，以降低热阻、减少腐蚀、提高锅炉的热效率，避免夜间烟囱冒火星。
根据设备使用与保养规定的要求，锅炉每工作250 h左右应进行外部清洁，每年不少于 2 次；
每工作 500 h 左右应进行内部碱洗清洁，每年不应少于一次。
按照规定对锅炉进行定期、全面、良好的清洁，及时清除锅炉受热面的积灰、积垢，对保证锅炉正常燃烧、提高锅炉的热效率具有重要作用。
要定期对喷油器的闭锁阀进行预防性检修，保证其处于良好状态。
保持雾化蒸汽压力在0.20～0.25 MPa，避免燃油雾化不好，在喷油器口结焦。
每次清洗过喷油器后，在回装过程中按要求安装雾化片组，不可装反，锁紧螺母和螺纹接头之间的石棉绳每次必须换新，使锁紧螺母确实起到锁紧的作用，防止漏油现象。
回装完毕后务必将喷油器放到试验台上逐个进行试验，检验雾化效果，雾化状态较差时要及时对雾化片进行更换。
保证喷油器的正常工作是保证锅炉正常燃烧的基础。
四、结束语
本文分析探讨了锅炉不正常燃烧产生的现象、原因和危害，提出了避免锅炉发生不正常燃烧的预防措施，对提高锅炉的热效率，维护锅炉乃至整个船舶动力装置运行的可靠性、经济性有着一定的意义。
锅炉不正常燃烧，虽然有设备本身的问题，但更多时候还是人为操作使用不当、维护保养不力造成的。
因此，要保证锅炉良好燃烧，提高人员的操作使用水平和维护保养能力才是关键，才是维护锅炉装置安全稳定运行的重点。
参考文献：
[1] 马柱. 小型增压锅炉炉膛换热计算方法及动态性能研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.
[2] 王坤峰. 小型增压锅炉燃烧性能实验研究[J]. 科技成果纵横，2020（1）：202，206.
[3] 李名武. 烟气深度冷却法降低锅炉排烟温度方案探讨：江苏省“能源计量与节能减排”论坛论文集[C]. 江苏省计量测试学会，2010：325-331.
[4] 戴晨，纪冬梅，郭恒超，等. 锅炉炉管氧化皮的生成及剥落研究综述[J]. 上海电力学院学报，2018，34（1）：24-32，65.
[5] 周国义，李军华，杜飞. 增压锅炉燃烧熄火原因分析及解决方案[J]. 中国修船，2013，26（3）：25-28.
原创作者系：
士官学校海军
孙青柯、丁志龙、尤 江
·END·
船机帮/ShipTechHelper
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