高速氣體燃燒器的研制

發布日期：2019-03-27 00:00 來源：//sdfyw.com.cn 點擊：

高(gao)(gao)速氣(qi)體燃(ran)燒(shao)器(qi)是現(xian)(xian)代(dai)燃(ran)燒(shao)技術在(zai)工業(ye)(ye)燃(ran)燒(shao)器(qi)產業(ye)(ye)的(de)(de)體現(xian)(xian)，其(qi)(qi)出口處高(gao)(gao)溫燃(ran)燒(shao)產物的(de)(de)噴射速度(du)可達100 m/s～300 m/s，具有節能、高(gao)(gao)效、火(huo)焰動量可控等技術優勢,在(zai)發達國家(jia)已(yi)經(jing)廣(guang)泛地應用(yong)在(zai)航空、鋼鐵、化工、輕工等行業(ye)(ye)的(de)(de)各種(zhong)加熱爐上。我國在(zai)80年代(dai)引進此項技術,并有一些仿制的(de)(de)產品投入市場(chang),但是由于(yu)其(qi)(qi)成本高(gao)(gao)、耐火(huo)材料(liao)內襯(chen)易壞(huai)、使(shi)用(yong)壽(shou)命短，影響了推(tui)廣(guang)。

高(gao)速(su)氣體燃(ran)(ran)燒器是一種把燃(ran)(ran)料的(de)(de)化(hua)學能(neng)轉換成(cheng)燃(ran)(ran)燒產(chan)物的(de)(de)勢(shi)能(neng)和動(dong)能(neng)的(de)(de)裝置(zhi)，液體火箭發動(dong)機是一種把推進劑的(de)(de)化(hua)學能(neng)轉換成(cheng)燃(ran)(ran)燒產(chan)物的(de)(de)熱能(neng)和動(dong)能(neng)的(de)(de)裝置(zhi)，兩者(zhe)在工作原理(li)上有相似(si)之處。利(li)用在液體火箭發動(dong)機研(yan)(yan)制(zhi)方(fang)面的(de)(de)豐富(fu)經(jing)驗(yan)，開(kai)發研(yan)(yan)制(zhi)了一種全(quan)金(jin)屬結構(gou)，采用再生(sheng)冷卻的(de)(de)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)(de)高(gao)速(su)氣體燃(ran)(ran)燒器。

1.1 高速氣體燃燒器的技術特點

a) 精確組織燃燒，燃燒效率99.9％；
b) 寬運行工況：熱負荷調節比1∶20，空氣系數0.5～10；
c) 采用分級燃燒，有害氣體（NOx）排放符合國家環保標準；
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；
e) 全金屬結構，連續使用(yong)壽命3年。

1.2 高速燃燒器提高換熱效率的機理(li)

在(zai)(zai)傳統的工業爐(lu)設(she)計中(zhong)(zhong)，燃(ran)燒(shao)器(qi)的火焰速(su)度大(da)約(yue)為(wei)每秒幾米，當燃(ran)燒(shao)產物溫(wen)(wen)度在(zai)(zai)600 °C～800 °C時，爐(lu)內對(dui)(dui)流(liu)換(huan)(huan)(huan)熱(re)與輻(fu)射(she)換(huan)(huan)(huan)熱(re)各占50％；在(zai)(zai)燃(ran)燒(shao)產物溫(wen)(wen)度為(wei)800 ℃以上時，以輻(fu)射(she)換(huan)(huan)(huan)熱(re)為(wei)主；在(zai)(zai)燃(ran)燒(shao)產物溫(wen)(wen)度達到1 400 ℃時，輻(fu)射(she)換(huan)(huan)(huan)熱(re)是(shi)對(dui)(dui)流(liu)換(huan)(huan)(huan)熱(re)的10倍,所以大(da)部分(fen)爐(lu)窯設(she)計中(zhong)(zhong),是(shi)以輻(fu)射(she)換(huan)(huan)(huan)熱(re)為(wei)基礎。但是(shi)在(zai)(zai)采(cai)用高(gao)速(su)氣(qi)體(ti)燃(ran)燒(shao)器(qi)后，即使在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)區(qu)，爐(lu)內被強化的對(dui)(dui)流(liu)換(huan)(huan)(huan)熱(re)在(zai)(zai)綜合(he)換(huan)(huan)(huan)熱(re)中(zhong)(zhong)所占的比重大(da)大(da)提高(gao)，具體(ti)說明如下。

采用普通(tong)燃燒器時，火焰(yan)速度低(di)，燃燒產物在被加熱物表面(mian)的流動為層(ceng)流，層(ceng)流的對(dui)流換熱系數(shu)為

h1-Nu*λ/d

式中努謝爾(er)特(te)數(shu)(shu)Nu=0.332Pr1/3*Re1/2；Pr為(wei)普朗特(te)數(shu)(shu)；Re為(wei)雷諾數(shu)(shu)；λ為(wei)氣(qi)體的導熱系數(shu)(shu)；d為(wei)流道(dao)當量(liang)直徑。

采用高(gao)速氣體(ti)燃燒器, 火(huo)焰噴射(she)速度高(gao)(100 m/s～300 m/s),被(bei)加熱(re)(re)體(ti)表面流動以紊(wen)流為主，紊(wen)流附面層(ceng)局部(bu)放熱(re)(re)系數為

h2=Nu*λ/d

式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)

設加熱爐內腔(qiang)尺(chi)寸為6.45m×2.3m×2.9m，燃燒產(chan)物溫度為1 790 ℃，被(bei)加熱體(ti)溫度為900 ℃。

采(cai)用普通燃(ran)燒器，燃(ran)燒產(chan)物流(liu)速為(wei)5 m／s時，燃(ran)燒產(chan)物與被(bei)加熱體表面之間的(de)對流(liu)換(huan)熱比熱流(liu)為(wei)

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

采用高速氣體(ti)(ti)燃(ran)(ran)燒器，燃(ran)(ran)燒產(chan)物(wu)流速為(wei)150 m/s時，燃(ran)(ran)燒產(chan)物(wu)與被(bei)加(jia)熱(re)(re)體(ti)(ti)表面(mian)之(zhi)間的對流換(huan)熱(re)(re)比熱(re)(re)流為(wei)

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

q2是q1的4倍。

國外(wai)曾就輻(fu)射加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)和高(gao)速(su)對流(liu)(liu)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)進(jin)行(xing)過(guo)(guo)比較試(shi)驗，在(zai)0 ℃～1 200 ℃的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，輻(fu)射加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)所需(xu)(xu)加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)間(jian)是高(gao)速(su)對流(liu)(liu)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)的(de)(de)6倍(bei)，在(zai)750 ℃～1 200 ℃的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，輻(fu)射加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)所需(xu)(xu)加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)間(jian)是高(gao)速(su)對流(liu)(liu)加(jia)(jia)熱(re)(re)爐(lu)的(de)(de)10倍(bei)。

1980年，國內引進高速氣體燃燒器(qi)(qi)在(zai)井式加(jia)熱爐(lu)上進行(xing)技術改造，原有的輻射加(jia)熱爐(lu)從0 ℃～650 ℃升(sheng)溫需要24 h，而采用了(le)高速氣體燃燒器(qi)(qi)的加(jia)熱爐(lu)從0 ℃～650 ℃升(sheng)溫只需4 h，并且燃料消(xiao)耗量也由于(yu)采用了(le)高速氣體燃燒器(qi)(qi)可(ke)以節省(sheng)25%～30％。

在油田，用高速氣體燃(ran)燒器(qi)改造(zao)成三(san)合(he)一加熱爐，加熱效(xiao)率提高了1倍，而(er)燃(ran)料(liao)消耗量節(jie)約(yue)了20％。

高速(su)氣(qi)(qi)體燃(ran)燒(shao)器的(de)燃(ran)燒(shao)產物高速(su)沖(chong)進加熱(re)爐(lu)(lu)內(nei)(nei)，攪動(dong)多(duo)倍的(de)爐(lu)(lu)內(nei)(nei)氣(qi)(qi)體隨之(zhi)摻混，可(ke)以(yi)大大提(ti)高爐(lu)(lu)內(nei)(nei)溫(wen)度均勻度。國外一家工廠用高速(su)氣(qi)(qi)體燃(ran)燒(shao)器改(gai)造加熱(re)爐(lu)(lu)后，爐(lu)(lu)內(nei)(nei)溫(wen)度均勻度可(ke)由±15 ℃提(ti)高到±2 ℃。國內(nei)(nei)井(jing)式加熱(re)爐(lu)(lu)采(cai)用高速(su)氣(qi)(qi)體燃(ran)燒(shao)器后，爐(lu)(lu)溫(wen)均勻度達到±7 ℃。

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