唐予豪 趙向陽(yáng) 魏鼎力 劉磊 王銘

摘 要：平焰燃燒器作為一種新型、高效、潔凈的燃燒器材，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)冶金行業(yè)中，平焰燃燒器的應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)，是近代發(fā)展應(yīng)用起來(lái)的一種新型燃燒裝置。平焰燃燒器首先在美國(guó)應(yīng)用，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)工業(yè)應(yīng)用平焰燃燒器起步較晚，但經(jīng)過(guò)科研學(xué)者的不懈努力，目前外工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用于多種燃燒裝置中。根據(jù)國(guó)外多年的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)分析，平焰燃燒器的應(yīng)用可以增產(chǎn)10%-20%，節(jié)能15%-30%，相比較于其他燃燒裝置的應(yīng)用，平焰燃燒器能達(dá)到同樣的燃燒效果，但同時(shí)又比其他燃燒裝置更加節(jié)能。對(duì)平焰燃燒器內(nèi)部的傳熱過(guò)程進(jìn)行分析研究，可以從根本上提升平焰燃燒器的使用性能，提高我國(guó)工業(yè)爐窯整體的裝備水平和技術(shù)水平。本文針對(duì)平焰燃燒器爐內(nèi)的傳熱過(guò)程進(jìn)行分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：平焰燃燒器;爐內(nèi)燃燒;傳熱過(guò)程;分析

1 平焰燃燒器的工作原理及系統(tǒng)組成

平焰燃燒器的燃燒火焰是圓盤形的薄層火焰，噴出的火焰貼著爐壁向四周伸展的圓薄型火焰，形成張角為180?的平展火焰。空氣以切線進(jìn)入渦殼，形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流從噴口噴出，與從軸線流出旋轉(zhuǎn)氣流或霧化油霧混合后燃燒，借助于旋轉(zhuǎn)氣流的離心力，使氣流獲得較大的徑向速度。當(dāng)氣流從燃燒器噴出后，在離心力作用下會(huì)使燃燒火焰沿喇叭型燃燒器擴(kuò)張口擴(kuò)散形成圓盤形火焰?；鹧尜N附在爐腔內(nèi)壁形成一個(gè)均勻的灼熱面，能有效提升爐內(nèi)的輻射傳熱效果。平焰燃燒器由旋流器和火道組成。

2 平焰燃燒器的特點(diǎn)及技術(shù)性能

與普通的燃燒裝置相比，平焰燃燒器具有加熱均勻、高效、節(jié)能的特點(diǎn)，同時(shí)還能防止局部過(guò)熱。首先，平焰燃燒器可以燃燒多種材料，各種類型的燃?xì)夂腿加投伎梢允褂?，而且平焰燃燒器的燃?xì)鈬姌屖褂梅浅７奖悖瑖姌屧O(shè)計(jì)成可抽取式，后期更換和清洗都非常方便。傳統(tǒng)的燃燒器都是直焰燃燒，受熱不均勻，如果使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)非常容易導(dǎo)致燃燒器的爆炸，平焰燃燒器的火焰穩(wěn)定性強(qiáng)、火焰溫度分布均勻，氮氧化物排放量少。近年來(lái)，國(guó)家和政府對(duì)于治理污染的措施及檢查非常嚴(yán)格，因此淘汰了很多污染性比較強(qiáng)的燃燒器，同時(shí)又多出了很多清潔高效節(jié)能的燃燒器，平焰燃燒器就是其中的一種。通過(guò)國(guó)外多年應(yīng)用平焰燃燒器的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，平焰燃燒器的熱工特性、流場(chǎng)特性非常強(qiáng)，而且經(jīng)過(guò)不斷的改造，其性能更加優(yōu)化，該種火焰的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、壓力場(chǎng)比一般的燃燒器都較強(qiáng)，可以提高加熱質(zhì)量和升溫速度，能在短時(shí)間內(nèi)快速達(dá)到加熱的目的，縮短加熱時(shí)間，節(jié)約能源，提高輻射傳熱性能，減少氧化物損失，不至于產(chǎn)生大量的污染物，燃燒穩(wěn)定的同時(shí)也可以延長(zhǎng)爐體的使用壽命。此外，平焰燃燒器的火焰溫度均勻，因而壓力分布均勻，氮氧化物含量低，不會(huì)造成因爐內(nèi)壓力過(guò)大過(guò)小而造成爐內(nèi)爆炸。平焰燃燒器的安裝、制造技術(shù)水平較高，因此在很多小型工業(yè)冶金廠很少應(yīng)用，在工業(yè)窯爐布置方位上也會(huì)受到限制。平焰燃燒器可以應(yīng)用于多種行業(yè)，在冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)平焰燃燒器最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是它可以應(yīng)用多種燃料，可以選用高爐煤氣、混合煤氣、天然氣以及輕油、重油和渣油等作為燃料。當(dāng)燃?xì)夂涂諝鈮毫Χ及l(fā)生變化，與爐內(nèi)壓強(qiáng)不一致時(shí)，燃燒器的燃燒能力和空氣系數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，因此，在這個(gè)時(shí)候就需要調(diào)整燃?xì)饣蛘呖諝獾膲毫?，使之能夠適應(yīng)燃燒器內(nèi)部的壓強(qiáng)。

3 平焰燃燒器爐內(nèi)傳熱過(guò)程

平焰燃燒器的燃燒傳熱過(guò)程主要是以輻射傳熱為主，改變傳統(tǒng)的工業(yè)爐窯燃燒技術(shù)，平焰燃燒器是將兩種燃燒方式進(jìn)行有效的結(jié)合，由多切向入口旋流器和喇叭型擴(kuò)張口組成，在燃燒之后，能造成一個(gè)強(qiáng)空氣流的強(qiáng)旋流，旋流空氣會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的和一個(gè)較狹窄的通道均勻化之后，進(jìn)去獨(dú)特設(shè)計(jì)的曲線內(nèi)形成擴(kuò)張通道，熱氣流在經(jīng)過(guò)這個(gè)擴(kuò)張通道之后被展開(kāi)成圓盤形的附著外爐壁內(nèi)側(cè)，形成一個(gè)薄層。燃?xì)鈬娮煲彩瞧窖嫒紵鞯囊粋€(gè)重要組成部分，它是一個(gè)旋流噴嘴，本身可以噴射出擴(kuò)散錐形的薄層燃料氣，當(dāng)燃料是燃油時(shí)，燃料噴嘴可以采用內(nèi)混或者外混的高壓式噴槍。

4 平焰燃燒器的安裝

平焰燃燒器的安裝、組裝技術(shù)要求都比較高，很多小型冶金廠、工廠的安裝技術(shù)都達(dá)不到平焰燃燒器的安裝技術(shù)水平，因此，平焰燃燒器的應(yīng)用也大多存在于大多數(shù)大型冶金廠和工廠。在平焰燃燒器的安裝過(guò)程中也有一定的技術(shù)要求和要點(diǎn)，在應(yīng)用于不同的工廠內(nèi)部，所起的作用也不同，其安裝的方法和過(guò)程也不盡相同。平焰燃燒器如果用于爐頂或者是平行爐頂時(shí)，多使用的是直行燒嘴磚，如果是應(yīng)用拱形爐頂?shù)脑?，那么可以采用楔形燒嘴磚。在安裝時(shí)也有一些要點(diǎn)需要注意，安裝時(shí)必須保證燒嘴磚的外表面與爐子的內(nèi)表面是平齊的狀態(tài)，有利于火焰的鋪展。同時(shí)，燒嘴磚的固定板上設(shè)有角鋼掛吊，可以與爐墻或者爐頂?shù)慕饘俳Y(jié)構(gòu)相連。燃燒器前的空氣和燃?xì)夤艿缿?yīng)當(dāng)設(shè)立支架，要避免燃燒器直接承受管道重量，同時(shí)在安裝時(shí)所有的接觸面都應(yīng)當(dāng)是密封嚴(yán)格的，不可以有透氣漏氣的地方。

5 平焰燃燒器的操作與維護(hù)

平焰燃燒器的操作分為四個(gè)步驟，即點(diǎn)火、運(yùn)行、熄火和維護(hù)，首先是點(diǎn)火，先將爐內(nèi)殘存的可燃性氣體吹掉，將風(fēng)開(kāi)到一定程度，然后打開(kāi)點(diǎn)火裝置或者伸入點(diǎn)火火柜，慢慢開(kāi)啟燃?xì)忾y門，這是燃料是燃?xì)獾那疤釛l件下。如果燃料是油料，應(yīng)當(dāng)先開(kāi)啟霧化氣閥門，將油閥開(kāi)至微大，緩慢調(diào)節(jié)燃料與空氣閥門，使之能夠適應(yīng)燃燒器內(nèi)部的氣壓，調(diào)節(jié)平焰燃燒器所需要的能力。然后是平焰燃燒器的運(yùn)行，平焰燃燒器燃燒的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)隨時(shí)注意觀察燃燒狀況，在風(fēng)壓或者燃料氣壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)做出調(diào)整，使燃燒效果達(dá)到最佳，使燃料氣壓、空氣壓強(qiáng)和燃燒器內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到一致的狀態(tài)，促進(jìn)火焰燃燒達(dá)到最佳。隨后是熄火，平焰燃燒器的熄火過(guò)程也應(yīng)當(dāng)注意，首先關(guān)閉燃料閥門，將空氣閥門關(guān)到一個(gè)小刻度，保留燃燒器內(nèi)部一定量的空氣，然后吹盡燃燒器內(nèi)殘留的煙氣，防止燃燒器燒壞，這是當(dāng)燃料是燃?xì)鈺r(shí)的關(guān)閉方法。如果燃料是燃油，在關(guān)閉油閥后最好通入少量的霧化氣體，防止油噴頭因?yàn)楦邿岫蛔茻?。平焰燃燒器在使用過(guò)后應(yīng)當(dāng)定期進(jìn)行維護(hù)，以此來(lái)延長(zhǎng)燃燒器的使用壽命，在前文中提到過(guò)，不落燃料是燃?xì)饣蛘呷加停剂蠂姌尪伎梢栽O(shè)計(jì)成可抽取式，方便隨時(shí)抽取，同時(shí)在后期更換維修時(shí)方便處理，也可以隨時(shí)清理燃料噴槍中潛藏的臟物，便于清洗和更換，如果有不能排除的故障，可以將整個(gè)燃料噴槍更換掉。

小結(jié)：平焰燃燒器在眾多類型燃燒器中具有熱度分布均勻、清潔高效、節(jié)能的特點(diǎn)，且可以應(yīng)用多種燃料，在經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展變化后，平焰燃燒器功能更加優(yōu)化，可以應(yīng)用于多種燃燒裝置中，是一種通過(guò)輻射傳熱的燃燒裝置，其安裝組裝技術(shù)處于較高的水平，對(duì)于人才的要求也非常高，因此，行業(yè)內(nèi)部需要高水平，掌握先進(jìn)技術(shù)的高質(zhì)量人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]古旭龍，韓愛(ài)民，張?zhí)祛?，陳偉鵬.燃料管插入深度及空氣系數(shù)對(duì)平焰燃燒器燃燒特性的影響[J].冶金能源，2021，40（01）：47-50+64.

[2]古旭龍，張?zhí)祛?，韓愛(ài)民，陳偉鵬.過(guò)剩系數(shù)對(duì)純氧平焰燃燒特性的影響[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，39（04）：357-362.

[3]張?zhí)祛?，古旭龍，韓一慶，陳偉鵬.純氧平焰燃燒器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)火焰生成特性影響的數(shù)值模擬[J].中國(guó)科技信息，2020（16）：66-68.

[4]張?zhí)祛? 純氧平焰燃燒器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)火焰生成的研究[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2020.

[5]李學(xué)鈞. 蓄熱式加熱爐高速平焰燃燒器設(shè)計(jì)[D].河北科技大學(xué)，2019.

[6]石磊. 平焰加熱爐內(nèi)燃料槍插入深度對(duì)氮氧化物排放影響的試驗(yàn)研究[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2008.

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū) 包頭市 014010）