平焰燃燒器爐內傳熱過程分析

唐予豪 趙向陽 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，被廣泛應用于工業冶金行業中，平焰燃燒器的應用時間并不長，是近代發展應用起來的一種新型燃燒裝置。平焰燃燒器首先在美國應用，經過幾十年的發展已經得到了廣泛應用，我國工業應用平焰燃燒器起步較晚，但經過科研學者的不懈努力，目前外工業領域應用于多種燃燒裝置中。根據國外多年的時間經驗分析，平焰燃燒器的應用可以增產10%-20%，節能15%-30%，相比較于其他燃燒裝置的應用，平焰燃燒器能達到同樣的燃燒效果，但同時又比其他燃燒裝置更加節能。對平焰燃燒器內部的傳熱過程進行分析研究，可以從根本上提升平焰燃燒器的使用性能，提高我國工業爐窯整體的裝備水平和技術水平。本文針對平焰燃燒器爐內的傳熱過程進行分析，僅供參考。

關鍵詞：平焰燃燒器;爐內燃燒;傳熱過程;分析

1 平焰燃燒器的工作原理及系統組成

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。空氣以切線進入渦殼，形成強烈的旋轉氣流從噴口噴出，與從軸線流出旋轉氣流或霧化油霧混合后燃燒，借助于旋轉氣流的離心力，使氣流獲得較大的徑向速度。當氣流從燃燒器噴出后，在離心力作用下會使燃燒火焰沿喇叭型燃燒器擴張口擴散形成圓盤形火焰。火焰貼附在爐腔內壁形成一個均勻的灼熱面，能有效提升爐內的輻射傳熱效果。平焰燃燒器由旋流器和火道組成。

2 平焰燃燒器的特點及技術性能

與普通的燃燒裝置相比，平焰燃燒器具有加熱均勻、高效、節能的特點，同時還能防止局部過熱。首先，平焰燃燒器可以燃燒多種材料，各種類型的燃氣和燃油都可以使用，而且平焰燃燒器的燃氣噴槍使用非常方便，噴槍設計成可抽取式，后期更換和清洗都非常方便。傳統的燃燒器都是直焰燃燒，受熱不均勻，如果使用時間過長非常容易導致燃燒器的爆炸，平焰燃燒器的火焰穩定性強、火焰溫度分布均勻，氮氧化物排放量少。近年來，國家和政府對于治理污染的措施及檢查非常嚴格，因此淘汰了很多污染性比較強的燃燒器，同時又多出了很多清潔高效節能的燃燒器，平焰燃燒器就是其中的一種。通過國外多年應用平焰燃燒器的經驗來看，平焰燃燒器的熱工特性、流場特性非常強，而且經過不斷的改造，其性能更加優化，該種火焰的溫度場、流場、壓力場比一般的燃燒器都較強，可以提高加熱質量和升溫速度，能在短時間內快速達到加熱的目的，縮短加熱時間，節約能源，提高輻射傳熱性能，減少氧化物損失，不至于產生大量的污染物，燃燒穩定的同時也可以延長爐體的使用壽命。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，不會造成因爐內壓力過大過小而造成爐內爆炸。平焰燃燒器的安裝、制造技術水平較高，因此在很多小型工業冶金廠很少應用，在工業窯爐布置方位上也會受到限制。平焰燃燒器可以應用于多種行業，在冶金、化工、機械等行業都有廣泛的應用，同時平焰燃燒器最主要的一個特點就是它可以應用多種燃料，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。當燃氣和空氣壓力都發生變化，與爐內壓強不一致時，燃燒器的燃燒能力和空氣系數都會發生變化，因此，在這個時候就需要調整燃氣或者空氣的壓力，使之能夠適應燃燒器內部的壓強。

3 平焰燃燒器爐內傳熱過程

平焰燃燒器的燃燒傳熱過程主要是以輻射傳熱為主，改變傳統的工業爐窯燃燒技術，平焰燃燒器是將兩種燃燒方式進行有效的結合，由多切向入口旋流器和喇叭型擴張口組成，在燃燒之后，能造成一個強空氣流的強旋流，旋流空氣會經過一個較長的和一個較狹窄的通道均勻化之后，進去獨特設計的曲線內形成擴張通道，熱氣流在經過這個擴張通道之后被展開成圓盤形的附著外爐壁內側，形成一個薄層。燃氣噴嘴也是平焰燃燒器的一個重要組成部分，它是一個旋流噴嘴，本身可以噴射出擴散錐形的薄層燃料氣，當燃料是燃油時，燃料噴嘴可以采用內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、組裝技術要求都比較高，很多小型冶金廠、工廠的安裝技術都達不到平焰燃燒器的安裝技術水平，因此，平焰燃燒器的應用也大多存在于大多數大型冶金廠和工廠。在平焰燃燒器的安裝過程中也有一定的技術要求和要點，在應用于不同的工廠內部，所起的作用也不同，其安裝的方法和過程也不盡相同。平焰燃燒器如果用于爐頂或者是平行爐頂時，多使用的是直行燒嘴磚，如果是應用拱形爐頂的話，那么可以采用楔形燒嘴磚。在安裝時也有一些要點需要注意，安裝時必須保證燒嘴磚的外表面與爐子的內表面是平齊的狀態，有利于火焰的鋪展。同時，燒嘴磚的固定板上設有角鋼掛吊，可以與爐墻或者爐頂的金屬結構相連。燃燒器前的空氣和燃氣管道應當設立支架，要避免燃燒器直接承受管道重量，同時在安裝時所有的接觸面都應當是密封嚴格的，不可以有透氣漏氣的地方。

5 平焰燃燒器的操作與維護

平焰燃燒器的操作分為四個步驟，即點火、運行、熄火和維護，首先是點火，先將爐內殘存的可燃性氣體吹掉，將風開到一定程度，然后打開點火裝置或者伸入點火火柜，慢慢開啟燃氣閥門，這是燃料是燃氣的前提條件下。如果燃料是油料，應當先開啟霧化氣閥門，將油閥開至微大，緩慢調節燃料與空氣閥門，使之能夠適應燃燒器內部的氣壓，調節平焰燃燒器所需要的能力。然后是平焰燃燒器的運行，平焰燃燒器燃燒的過程當中應當隨時注意觀察燃燒狀況，在風壓或者燃料氣壓發生波動時做出調整，使燃燒效果達到最佳，使燃料氣壓、空氣壓強和燃燒器內的壓強達到一致的狀態，促進火焰燃燒達到最佳。隨后是熄火，平焰燃燒器的熄火過程也應當注意，首先關閉燃料閥門，將空氣閥門關到一個小刻度，保留燃燒器內部一定量的空氣，然后吹盡燃燒器內殘留的煙氣，防止燃燒器燒壞，這是當燃料是燃氣時的關閉方法。如果燃料是燃油，在關閉油閥后最好通入少量的霧化氣體，防止油噴頭因為高熱而被灼燒。平焰燃燒器在使用過后應當定期進行維護，以此來延長燃燒器的使用壽命，在前文中提到過，不落燃料是燃氣或者燃油，燃料噴槍都可以設計成可抽取式，方便隨時抽取，同時在后期更換維修時方便處理，也可以隨時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，可以將整個燃料噴槍更換掉。

小結：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、節能的特點，且可以應用多種燃料，在經過十幾年的發展變化后，平焰燃燒器功能更加優化，可以應用于多種燃燒裝置中，是一種通過輻射傳熱的燃燒裝置，其安裝組裝技術處于較高的水平，對于人才的要求也非常高，因此，行業內部需要高水平，掌握先進技術的高質量人才。

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（內蒙古科技大學，內蒙古自治區 包頭市 014010）