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氢气烧嘴也可以叫燃烧器,但不同于小型锅炉上用的一体化燃烧器,因为都属于燃烧器,所以二者的概念很容易在生产实践中被混淆。两者的区别在于:后者属于一体机,一般也叫燃烧机,包含助燃风机、燃料加压输送管件和点火监测控制器集成为一体,适用于小型锅炉及少量喷燃点的小型燃料加热炉。前者可包含点火电极和火焰监测探头,但单一氢气烧嘴一般不含助燃风机、燃料加压及输送管件和点火监测控制器,需要根据不同加热炉的具体结构及加热工艺要求布置氢气烧嘴及助燃风机、助燃空气管路、燃料加压及输送管件和点火监测控制器,氢气烧嘴的适用领域比一体化燃烧器要广。氢气烧嘴是国际上广泛应用的新型节能装置。它由燃料进口、燃烧筒、燃烧室外壳、高压点火及火焰监测器等部分组成,其结构及具体尺寸见图及表。
氢气烧嘴自带一个小型的封闭燃烧室,燃料在燃烧室内基本完全燃烧,燃烧后的高温气流以高速(达100m/s)喷出。其特点是:
烧嘴喷出的高温高速气流强化炉内的对流传热,缩短加热时间、提高炉子生产率,节省燃料,可用于快速加热。
高温高速气流具有较大的动能,可以带动炉气循环,有利于炉温均匀,提高加热质量,使用于精密件及要求温度均匀性较高的加热炉和热处理炉。
烧嘴采用三次配风,混合均匀,燃烧完全。提高燃料利用率,节省燃料。
烧嘴的调节比大,可达1:5以上,可以在同一炉上实现不同温度要求的加热。
燃烧可配自动点火及火焰监测器,与炉子控制系统匹配可实现自动操作。
新研制的高速气体燃烧器,为了达到完全燃烧,使燃气和空气通过众多的喷孔分别进入燃烧室,燃气射流与空气射流一一撞击,均匀混合,合成射流矢量方向应与燃烧室主轴线平行,避免一射流穿透另一射流,造成混合不均。为了减少NOx的生成,采取分区燃烧,前区燃烧温度低于后区燃烧温度,在燃烧室出口燃烧温度。前区是贫氧燃烧,后区增加供氧,在燃烧室出口达到过剩空气系数α=1。
如此设计,既能够合理配风,保证完全燃烧,防止CO生成,又能够维持较低的燃烧温度,减少有害气体NOx的生成。
燃烧室内充满高温的燃烧产物,其金属室壁必须有足够的冷却,才能工作。效仿液体火箭发动机的再生冷却,在高速气体燃烧器的设计中,利用空气在燃烧室外腔流动,吸收室壁传导的热量,保证室壁在的温度范围内工作。同时将空气预热能够促进完全燃烧和提高理论燃烧温度。
在燃烧室喷口局部高温区,专门设计有空气膜保护金属壁。
由于采取了以上的设计,高速气体燃烧器的使用寿命可达3年,而其他单位设计生产的高速气体燃烧器的燃烧室由耐火材料作内衬,使用寿命为几个月,甚至有的产品,其耐火材料内衬工作不足3个月就开裂。
在高速气体燃烧器设计中,为了使燃烧产物具有足够的动量,燃烧室应该有一定的压力。根据用户提供的燃气物理化学参数和速度要求,进行燃烧计算确定燃烧产物的各个热力参数后,燃烧室内燃烧产物的压力可以求出,即pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)。
式中pc为燃烧室压力;pa为环境压力;k为燃烧产物绝热指数;R为燃烧产物气体常数;T为燃烧温度;w为燃烧产物在喷口处的流速。
空气和燃气进入燃烧器,流经各自的通道,经过喷孔进入燃烧室,沿途存在一定的流阻。
燃烧器的空气入口压力pk是燃烧室压力pc和空气压降Δpk之和,燃烧器的燃气入口压力pr是燃烧室压力pc和燃气压降Δpr之和。即:pk=pc+Δpk 。pr=pc+Δpr。
pk和pr不能过高,应该满足用户提供的使用条件。高速气体燃烧器在使用天然气作燃气时,燃烧产物速度为100 m/s,其天然气入口压力为2 500 Pa,空气入口压力为2 100 Pa。
高速气体燃烧器是利用液体火箭发动机的燃烧技术为工业加热炉开发的一种、节能、低污染燃烧器。经天然气燃烧试验,证明其工作可靠、操作简单、热负荷调节范围大、空气过剩系数及燃气温度调节范围大。该燃烧器目前已成功地应用在油田、陶瓷、钢铁等行业的加热炉上。
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氢气烧嘴广泛应用于冶金、化工、建材、轻工、机械等行业的各种工业炉窑。特别适用于对产品加热质量要求高,炉温均匀性要求严格的各种加热及加热处理设备。
该氢气烧嘴可使用天然气、液化气、城市煤气、发生炉煤气等作燃料,本系列以混合煤气(热值:7524~9196kj/Nm3)为燃料,具有冷风,热风两种类型。可配带自动点火及火焰监测器,也可与炉子控制系统联网,实现自动控制,操作方便,可靠。
平焰烧嘴是以进入到烧嘴的煤气和燃烧所需的空气,在旋流器的作用下,煤气和空气强烈的旋转,沿垂直于烧嘴砖中心线的炉墙表面展开,并在紧靠炉墙的一层空间内烧尽,形成园盘型火焰,其直径在1~3m,其厚度在100~200mm。 采用平焰烧嘴后,由于热辐射能力加强,温度场均匀,故升温速度快,金属氧化烧损率低,对实现钢材均匀加热,快速加热,节约燃料具有显著的效果 。
介绍一种高速气体燃烧器的技术特点、设计要点和具体的设计方法,并利用液体火箭发动机的燃烧技术,为工业加热炉开发了一种、节能、低污染的新型高速气体燃烧器,填补了我国民用燃烧器技术的一项空白,已成功地应用在油田、钢铁、陶瓷等行业。
高速气体燃烧器是现代燃烧技术在工业燃烧器产业的体现,其出口处高温燃烧产物的喷射速度可达100 m/s~300 m/s,具有节能、、火焰动量可控等技术优势,在发达已经广泛地应用在航空、钢铁、化工、轻工等行业的各种加热炉上。我国在80年代引进此项技术,并有一些仿制的产品投入市场,但是由于其成本高、耐火材料内衬易坏、使用寿命短,影响了推广。
高速气体燃烧器是一种把燃料的化学能转换成燃烧产物的势能和动能的装置,液体火箭发动机是一种把推进剂的化学能转换成燃烧产物的热能和动能的装置,两者在工作原理上有相似之处。利用在液体火箭发动机研制方面的丰富经验,开发研制了一种全金属结构,采用再生冷却的高性能的高速气体燃烧器。
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