高速氣體燃燒器的研制

發(fā)布日期：2019-03-27 00:00 來(lái)源：http://zghongfu.cn 點(diǎn)擊：

高速氣體燃燒器是現(xiàn)代燃燒技術(shù)在工業(yè)燃燒器產(chǎn)業(yè)的體現(xiàn)，其出口處高溫燃燒產(chǎn)物的噴射速度可達(dá)100 m/s～300 m/s，具有節(jié)能、高效、火焰動(dòng)量可控等技術(shù)優(yōu)勢(shì),在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在航空、鋼鐵、化工、輕工等行業(yè)的各種加熱爐上。我國(guó)在80年代引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù),并有一些仿制的產(chǎn)品投入市場(chǎng),但是由于其成本高、耐火材料內(nèi)襯易壞、使用壽命短，影響了推廣。

高速氣體燃燒器是一種把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成燃燒產(chǎn)物的勢(shì)能和動(dòng)能的裝置，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是一種把推進(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成燃燒產(chǎn)物的熱能和動(dòng)能的裝置，兩者在工作原理上有相似之處。利用在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)研制了一種全金屬結(jié)構(gòu)，采用再生冷卻的高性能的高速氣體燃燒器。

1.1 高速氣體燃燒器的技術(shù)特點(diǎn)

a) 精確組織燃燒，燃燒效率99.9％；
b) 寬運(yùn)行工況：熱負(fù)荷調(diào)節(jié)比1∶20，空氣系數(shù)0.5～10；
c) 采用分級(jí)燃燒，有害氣體（NOx）排放符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；
d) 具有煙氣引射回流功能，可以將廢煙氣從爐后引回重新投入爐內(nèi)；
e) 全金屬結(jié)構(gòu)，連續(xù)使用壽命3年。

1.2 高速燃燒器提高換熱效率的機(jī)理

在傳統(tǒng)的工業(yè)爐設(shè)計(jì)中，燃燒器的火焰速度大約為每秒幾米，當(dāng)燃燒產(chǎn)物溫度在600 °C～800 °C時(shí)，爐內(nèi)對(duì)流換熱與輻射換熱各占50％；在燃燒產(chǎn)物溫度為800 ℃以上時(shí)，以輻射換熱為主；在燃燒產(chǎn)物溫度達(dá)到1 400 ℃時(shí)，輻射換熱是對(duì)流換熱的10倍,所以大部分爐窯設(shè)計(jì)中,是以輻射換熱為基礎(chǔ)。但是在采用高速氣體燃燒器后，即使在高溫區(qū)，爐內(nèi)被強(qiáng)化的對(duì)流換熱在綜合換熱中所占的比重大大提高，具體說(shuō)明如下。

采用普通燃燒器時(shí)，火焰速度低，燃燒產(chǎn)物在被加熱物表面的流動(dòng)為層流，層流的對(duì)流換熱系數(shù)為

h1-Nu*λ/d

式中努謝爾特?cái)?shù)Nu=0.332Pr1/3*Re1/2；Pr為普朗特?cái)?shù)；Re為雷諾數(shù)；λ為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)；d為流道當(dāng)量直徑。

采用高速氣體燃燒器, 火焰噴射速度高(100 m/s～300 m/s),被加熱體表面流動(dòng)以紊流為主，紊流附面層局部放熱系數(shù)為

h2=Nu*λ/d

式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)

設(shè)加熱爐內(nèi)腔尺寸為6.45m×2.3m×2.9m，燃燒產(chǎn)物溫度為1 790 ℃，被加熱體溫度為900 ℃。

采用普通燃燒器，燃燒產(chǎn)物流速為5 m／s時(shí)，燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對(duì)流換熱比熱流為

q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2

采用高速氣體燃燒器，燃燒產(chǎn)物流速為150 m/s時(shí)，燃燒產(chǎn)物與被加熱體表面之間的對(duì)流換熱比熱流為

q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2

q2是q1的4倍。

國(guó)外曾就輻射加熱爐和高速對(duì)流加熱爐進(jìn)行過(guò)比較試驗(yàn)，在0 ℃～1 200 ℃的加熱過(guò)程中，輻射加熱爐所需加熱時(shí)間是高速對(duì)流加熱爐的6倍，在750 ℃～1 200 ℃的加熱過(guò)程中，輻射加熱爐所需加熱時(shí)間是高速對(duì)流加熱爐的10倍。

1980年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)高速氣體燃燒器在井式加熱爐上進(jìn)行技術(shù)改造，原有的輻射加熱爐從0 ℃～650 ℃升溫需要24 h，而采用了高速氣體燃燒器的加熱爐從0 ℃～650 ℃升溫只需4 h，并且燃料消耗量也由于采用了高速氣體燃燒器可以節(jié)省25%～30％。

在油田，用高速氣體燃燒器改造成三合一加熱爐，加熱效率提高了1倍，而燃料消耗量節(jié)約了20％。

高速氣體燃燒器的燃燒產(chǎn)物高速?zèng)_進(jìn)加熱爐內(nèi)，攪動(dòng)多倍的爐內(nèi)氣體隨之摻混，可以大大提高爐內(nèi)溫度均勻度。國(guó)外一家工廠用高速氣體燃燒器改造加熱爐后，爐內(nèi)溫度均勻度可由±15 ℃提高到±2 ℃。國(guó)內(nèi)井式加熱爐采用高速氣體燃燒器后，爐溫均勻度達(dá)到±7 ℃。