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使燃氣和空氣分別或混合后進入燃燒區而實現穩定燃燒的裝置。燃氣燃燒器是民用燃氣用具和燃氣工業爐的基本組成部分。燃氣燃燒器種類繁多。按一次空氣系數(預先和燃氣混合的助燃空氣量與燃氣完全燃燒所需的理論空氣量之比)分類,有擴散式、大氣式和無焰式燃燒器;按空氣供給方式分類,有引射式和鼓風式燃燒器;按用氣壓力分類有低壓(5千帕以下)、中壓(5~300千帕)和高壓燃燒器。
擴散式燃燒器:依靠燃氣從火孔逸出后的擴散作用,實現燃氣和空氣的混合并穩定燃燒的燃燒器。燃氣逸出火孔前不同空氣預先混合,一次空氣系數為0。擴散式燃燒器結構簡單、使用方便、火焰穩定。但其燃燒速度較慢、火焰較長,為達到完全燃燒需要較多的過??諝?因此燃燒溫度較低。擴散式燃燒器適用于溫度不高但要求溫度比較均勻的工業爐和民用燃具。小型擴散式燃燒器也常用作點火器。
大氣式燃燒器:預先混合部分空氣的燃燒器。一次空氣系數通常取0.4~0.7。燃氣以一定壓力自噴嘴噴出進入混合管(即引射器),借高速噴射形成的負壓將周圍一部分空氣吸入,在混合管中混合后從燃燒器頭部火孔逸出而燃燒。大氣式燃燒器燃燒比較完全,使用方便,但負荷較大時結構較龐大笨重。多孔大氣式燃燒器(圖1)廣泛用于民用燃具。
鼓風式燃燒器:由鼓風機供給燃燒所需全部空氣的燃燒器。一次空氣系數為 0。燃燒熱強度和火焰長度取決于燃氣和空氣的混合情況。為了強化燃燒,采取各種措施使燃氣和空氣混合均勻,因此鼓風式燃燒器又有套管式、旋流葉片式、蝸殼式和平流式等多種型式。與相同熱負荷的引射式燃燒器相比,鼓風式燃燒器結構較緊湊;當燃氣和空氣混合得較好時,火焰較短;熱負荷調節范圍較大;空氣具有一定壓力,提供了預熱空氣的可能性。但這種燃燒器需配有鼓風機,燃燒器本身也不能自動調節燃氣和空氣的混合比例。鼓風式燃燒器主要用于各種工業爐和大型鍋爐。
無焰燃燒器:燃氣和燃燒所需的全部空氣預先混合,燃燒過程火焰很短甚至完全看不見火焰的燃燒器。一般采用引射器吸入空氣,與燃氣充分預混,在高溫火道中瞬間完成燃燒?;鸬罒釓姸群芨?,燃燒溫度也較高。無焰燃燒器在工業加熱和烘干工藝中應用很廣泛。
新研制的高速氣體燃燒器,為了達到完全燃燒,使燃氣和空氣通過眾多的噴孔分別進入燃燒室,燃氣射流與空氣射流一一撞擊,均勻混合,合成射流矢量方向應與燃燒室主軸線平行,避免一射流穿透另一射流,造成混合不均。為了減少NOx的生成,采取分區燃燒,前區燃燒溫度低于后區燃燒溫度,在燃燒室出口燃燒溫度。前區是貧氧燃燒,后區增加供氧,在燃燒室出口達到過剩空氣系數α=1。
如此設計,既能夠合理配風,保證完全燃燒,防止CO生成,又能夠維持較低的燃燒溫度,減少有害氣體NOx的生成。
燃燒室內充滿高溫的燃燒產物,其金屬室壁必須有足夠的冷卻,才能工作。效仿液體火箭發動機的再生冷卻,在高速氣體燃燒器的設計中,利用空氣在燃燒室外腔流動,吸收室壁傳導的熱量,保證室壁在的溫度范圍內工作。同時將空氣預熱能夠促進完全燃燒和提高理論燃燒溫度。
在燃燒室噴口局部高溫區,專門設計有空氣膜保護金屬壁。
由于采取了以上的設計,高速氣體燃燒器的使用壽命可達3年,而其他單位設計生產的高速氣體燃燒器的燃燒室由耐火材料作內襯,使用壽命為幾個月,甚至有的產品,其耐火材料內襯工作不足3個月就開裂。
在高速氣體燃燒器設計中,為了使燃燒產物具有足夠的動量,燃燒室應該有一定的壓力。根據用戶提供的燃氣物理化學參數和速度要求,進行燃燒計算確定燃燒產物的各個熱力參數后,燃燒室內燃燒產物的壓力可以求出,即pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)。
式中pc為燃燒室壓力;pa為環境壓力;k為燃燒產物絕熱指數;R為燃燒產物氣體常數;T為燃燒溫度;w為燃燒產物在噴口處的流速。
空氣和燃氣進入燃燒器,流經各自的通道,經過噴孔進入燃燒室,沿途存在一定的流阻。
燃燒器的空氣入口壓力pk是燃燒室壓力pc和空氣壓降Δpk之和,燃燒器的燃氣入口壓力pr是燃燒室壓力pc和燃氣壓降Δpr之和。即:pk=pc+Δpk 。pr=pc+Δpr。
pk和pr不能過高,應該滿足用戶提供的使用條件。高速氣體燃燒器在使用天然氣作燃氣時,燃燒產物速度為100 m/s,其天然氣入口壓力為2 500 Pa,空氣入口壓力為2 100 Pa。
高速氣體燃燒器是利用液體火箭發動機的燃燒技術為工業加熱爐開發的一種、節能、低污染燃燒器。經天然氣燃燒試驗,證明其工作可靠、操作簡單、熱負荷調節范圍大、空氣過剩系數及燃氣溫度調節范圍大。該燃燒器目前已成功地應用在油田、陶瓷、鋼鐵等行業的加熱爐上。
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