高強度紅外燃燒器的研究

1 概述

紅外燃燒器通常以完全預混燃燒技術，使燃氣在金屬纖維網、陶瓷板等內燃燒，實現灼熱介質將熱量以一定波長的紅外線二次向外輻射，具有低污染排放、高加熱效率等特點，因火孔外火焰極短甚至無火焰，又稱無焰燃燒器。具備在開放環境中定向加熱的特性，在高密度小空間傳熱方面得到廣泛應用。

傳統紅外燃燒器的熱流密度較低，采用多孔陶瓷板的燃燒器熱流密度一般為150～200 kW/m

，適用于低溫爐、干燥工藝等

。近年來研制的金屬纖維網燃燒器存在紅外和藍焰兩種模式，在低負荷狀態下熱量能夠以紅外線進行輻射，熱流密度可達500 kW/m

，應用于500 ℃以下的中溫爐。隨著負荷的增加，火焰逐漸浮于金屬纖維網表面，轉變為藍色火焰

。鋼廠、鑄造廠等高熱流密度定向加熱領域，需要更高熱流密度(2 500 kW/m

以上)、更寬負荷調節比的紅外燃燒器。

多孔介質燃燒利用孔隙結構、導熱及輻射特性達到穩定的紅外燃燒狀態，具備良好的發展前景。Gao等

以氧化鋁小球、泡沫陶瓷及蜂窩陶瓷探究甲烷與空氣的預混燃燒狀況，發現燃燒器NO

的生成量均小于8 mg/m

。Liu等

研究多孔介質中稀釋氣態液化石油氣和空氣混合燃燒的特性，發現低熱值氣體在過剩空氣系數為1.25時，火焰在燃氣灶中最穩定。

多孔介質對材料有較高要求，需要具備長時間運行耐高溫、熱震性好的特性。Orenstein等

對鋁土-莫來石材質的泡沫陶瓷進行實驗表明，泡沫材料損壞并非單個孔洞內的溫度梯度導致，而是溫度梯度引起泡沫陶瓷整體結構的不同膨脹變化所致，且其抗熱震性能隨著孔徑的增大而提高。

本文采用金屬纖維網與泡沫陶瓷板組合的頭部設計結構，以完全預混燃燒技術改善燃燒工況，設計了一款能夠穩定燃燒的高強度紅外燃燒器，通過高強度紅外燃燒器的冷態實驗，探究了燃燒器頭部阻力的來源；以熱態實驗檢測了過剩空氣系數與污染物排放狀況關系等，進一步佐證了設計的可靠性，為高強度紅外燃燒器的設計提供一種可行的思路。

2 完全預混多孔介質紅外燃燒技術

2.1 完全預混多孔介質燃燒

多孔介質燃燒

稱為PMC(Porous Media Combustion)技術，預混燃氣在多孔介質內燃燒，將多孔介質加熱到一定溫度(800～1 000 ℃)后，熱量通過一定波長的紅外線二次向外輻射。多孔介質的孔隙結構能夠分割火焰、增加氣流擾動、加快燃燒化學反應，較大的孔隙表面積強化燃燒區域的傳熱傳質，使火焰面附近溫度分布更加均勻，良好的導熱和輻射特性能夠利用自身蓄熱，強化燃燒過程，使燃氣空氣混合物通過熱力分解更加完全，降低污染物的排放。依據多孔介質是否參與燃燒反應可分為多孔介質催化燃燒和惰性多孔介質燃燒，依據火焰在多孔介質中穩定位置分為多孔介質浸沒燃燒和表面燃燒

。

2.2 多孔介質材料

多孔介質按照結構分為顆粒堆積型、直孔網格型、纖維網格型和泡沫網格型；按照材料分為包括氧化鋁、碳化硅、氧化鋯、氮化硅、陶瓷等的非金屬材料和包括鎳基合金、鐵鉻鋁合金等的金屬材料。

高強度紅外燃燒器應該能夠適應多角度定向加熱的需求，而非傳統意義自下而上的加熱方式。顆粒堆積型材料分散性強、排列隨機性大，束縛成型框架工藝要求高，不便于燃燒器頭部的結構設計。

直孔網格型以堇青石、莫來石等材質的蜂窩陶瓷結構為代表，孔隙率20%～60%，比表面積大，流動阻力小，但抗熱震性、抗膨脹性、抗熱沖擊性較低，堵塞后不利于更換，多用于煙氣回收余熱利用、尾氣凈化、民用表面燃燒領域。

——面積系數，0.78

3 高強度紅外燃燒器

常規燃燒控制中燃氣以高壓電火花點火，對火焰施加電場，檢測火焰離子電流進行熄火保護。由于紅外燃燒器無明顯火焰的燃燒特性，無法在泡沫陶瓷板表面進行火焰離子電流檢測。燃燒器頭部結構設計中，泡沫氧化鋯板兩側區域采用金屬纖維網，泡沫氧化鋯板保證設備紅外輻射正常工作，金屬纖維網區域為火焰離子電流檢測探針提供了安裝位置。

3.1 高強度紅外燃燒器頭部

燃燒器頭部結構見圖1。內部設置均流板，實現燃氣與空氣混合物的均勻分布。采用鐵鉻鋁合金纖維網(簡稱金屬纖維網)和泡沫陶瓷板(此處采用泡沫氧化鋯板)組合的方式，金屬纖維網尺寸為410 mm×50 mm，泡沫氧化鋯板共2塊，單塊尺寸為160 mm×50 mm×30 mm。完全預混的甲烷、空氣混合物火焰燃燒速度快，在低負荷、過剩空氣系數過小的工況下容易發生爆燃回火，為保證燃燒的穩定性，燃燒器頭部選用具有較小孔徑的金屬纖維網。泡沫氧化鋯板能夠很好地適應高溫，三維立體孔隙結構使火焰在泡沫氧化鋯板中實現較高熱流密度的穩定紅外燃燒。

3.2 燃燒控制系統

高孟平要求，下一步各單位要著眼長遠，系統性推進全員安全能力和企業安全文化建設，一是持續鞏固“三種人”管理成效，抓實一線人員基本技能提升;二是深化安全教育培訓，全面提升員工安全能力;三是嚴管厚愛，確保基本規章制度剛性執行;四是加強組織領導，系統性推進公司安全文化建設。

南北朝時期社會政治環境的變化引起文學觀念的多樣化，南北朝的樂府詩也得到迅速發展，由于地域差異，南北朝民歌呈現出不同的風格與內涵：北方質樸高亢，多表現社會動亂與人民生活；南方清綺纏綿，更多地展現勞動人民真摯細膩的感情生活。北朝文學較之南朝文學相對落后，但出現了北魏孝文帝等有戰略眼光的少數民族統治者實行政治、經濟、文化等改革，加快少數民族封建化進程，并與漢族貴族緊密結合，使得少數民族不同程度上受到漢文化傳統的熏陶，其文學藝術得到發展，形成自己的特色。

3.3 點火裝置及火焰檢測

高強度紅外燃燒器具有熱流密度高、紅外輻射的燃燒特性。燃燒器包括燃燒器頭部、燃氣和空氣供應系統、燃燒器控制系統。燃燒器頭部是保證燃燒的關鍵部件，涉及多孔介質的選材和組合方式、點火裝置及控制邏輯設計、閥門和風機等，以達到過剩空氣系數和負荷的準確調節。

4 高強度紅外燃燒器的實驗特性

4.1 冷態燃燒器頭部壓力降實驗

由圖3可知，高強度紅外燃燒器CO的排放受過剩空氣系數的影響，變化趨勢呈現U形，結合圖5進行分析，在過剩空氣系數

≤1.5時，CO的生成主要受過剩空氣系數的影響，隨空氣、燃氣混合物中的含氧量增大，促進了燃燒反應中CO的轉化；當

>1.5時，CO的排放主要受溫度影響，隨著過剩空氣系數增大，引入了更多空氣，降低燃燒溫度，抑制了CO的轉化效率。金屬纖維網燃燒器在過剩空氣系數為1.4～1.7時，CO質量濃度小于15 mg/m

，超出此過剩空氣系數范圍時，CO質量濃度增長加快。相對而言，高強度紅外燃燒器在紅外輻射狀態、較大過剩空氣系數范圍內具備更低的CO排放。

——燃燒器頭部出口截面積，即泡沫氧化鋯板底部面積，m

4.2 排放特性研究

燃燒器在啟動燃燒后的工作狀態稱為熱態，燃燒器在熱態下排放的污染物質量濃度決定了燃燒器合格與否。泡沫陶瓷板抗熱震性隨孔隙的增大而提高，選用10ppi的泡沫氧化鋯板與金屬纖維網組成的高強度紅外燃燒器進行排放特性研究。金屬纖維網燃燒器目前技術相對成熟，可與高強度紅外燃燒器的污染物排放進行對比，以檢驗設計的合理性。另外，完全預混燃燒技術對過剩空氣系數十分敏感，過剩空氣系數對燃燒污染物的排放有重要影響，實驗中通過調節VGU86.A0209組合式零壓閥的調整螺絲改變燃氣流量，從而控制過剩空氣系數。以泄流法測量燃燒器頭部入口處燃氣、空氣混合物的相對密度，得到過剩空氣系數。將金屬纖維網燃燒器和高強度紅外燃燒器分別置于穩定煙道內(煙道相對壓力為0)，使用Testo350煙氣分析儀多次檢測煙道中CO和NO

排放值，經均值運算后折算到煙氣中氧體積分數為3.5%的排放量，結果見圖3、4。

完全預混燃燒器控制包括燃燒啟動過程中的系統安全自檢和自動點火控制，燃燒過程中的安全檢測控制、燃燒負荷控制、過剩空氣系數控制，以及燃燒結束后的后吹掃控制

。系統安全自檢主要檢測風機風壓、燃氣壓力等；自動點火控制是控制風機啟動、閥門開啟、及時采用連續電脈沖完成點火；安全檢測控制防止風機、閥門等損壞造成突然熄火，能及時切斷燃氣閥門；燃氣經空氣引射在混合器內與空氣進行混合，控制器通過脈沖寬度調制(Pulse width modulation，PWM)信號改變風機轉速以調節風壓，實現燃燒負荷變化；過剩空氣系數控制采用VGU86.A0209組合式零壓閥

，在燃燒負荷改變時，過剩空氣系數基本維持不變；后吹掃控制確保在燃燒結束或多次點火失敗時，爐膛內燃氣含量低，避免再次點火時發出爆鳴聲。

最后談一些自己的感想，我覺得在工作中的溝通與在生活中的溝通類似，很多人都只擅長與熟悉的人或者在輕松的環境下溝通，但通過學習哈佛管理課我意識到，所有溝通都是類似的，只要在溝通中做到與他人產生共情效應，即讓對方感受到你是充分理解他并且是有意愿幫助他的，才能產生最有效的溝通。

金屬纖維網燃燒器存在藍焰和紅外兩種燃燒狀態，只有低負荷時才能實現在較寬的過剩空氣系數下保持紅外燃燒狀態的調節。而高強度紅外燃燒器達到紅外輻射狀態后，在較寬的負荷和過剩空氣系數調節范圍內，始終能夠保持紅外燃燒狀態。為了排除低負荷時高強度紅外燃燒器底層金屬纖維網對排放的影響，設定金屬纖維網燃燒器負荷為8 kW，高強度紅外燃燒器負荷為20 kW。

在泡沫氧化鋯板中設置6處測溫點，在燃燒器達到紅外輻射狀態后，得到泡沫氧化鋯板的平均溫度。計算得到不同過剩空氣系數下的燃氣理論燃燒溫度

與泡沫氧化鋯板的平均溫度見圖5。

金屬纖維網和泡沫陶瓷板為高強度紅外燃燒器頭部的主要阻力部件，頭部阻力過大，不僅造成風機的能源浪費，更影響著燃燒器的啟動燃燒過程。在金屬纖維網不進行更換的條件下，負荷及泡沫氧化鋯板的孔隙密度決定頭部阻力。選用孔隙密度(2.54 cm長度上的平均孔數)為10或20 (記為10ppi或20ppi)的泡沫氧化鋯板，在燃燒器未啟動燃燒的狀態(稱為冷態)下，進行頭部阻力測試實驗。在不供應燃氣的條件下，調節風機轉速，改變燃燒器頭部入口處空氣的流速，模擬負荷變化，空氣流速從0.2 m/s逐漸增加至2.6 m/s，使用數字微壓計測量燃燒器頭部壓力降，見圖2。

NO

主要為熱力型，由圖4、5可知，其排放特性主要受溫度影響，隨過剩空氣系數增加，NO

的排放逐漸降低。高強度紅外燃燒器在過剩空氣系數

≤1.3時，火焰面移動到泡沫氧化鋯板底部，泡沫氧化鋯板具有的三維立體孔隙結構便于熱量的傳導，使得火焰溫度更低，氮氧化物的生成受到抑制，NO

排放低于金屬纖維網燃燒器；當過剩空氣系數

>1.3時，火焰面移動到泡沫氧化鋯板的中上部，泡沫氧化鋯板的輻射特性影響強于導熱特性，自身具備一定的蓄熱特性，相比于金屬纖維網燃燒器，促進了熱力型NO

的生成。兩種燃燒器在過剩空氣系數大于1.5時，NO

質量濃度均小于20 mg/m

。

4.3 高強度紅外燃燒器熱流密度計算

燃燒器排放實驗已證明，在過剩空氣系數為1.5時，高強度紅外燃燒器具有較低的CO和NO

排放。在此過剩空氣系數下，逐漸增大燃燒器負荷，測試燃燒器達到穩定紅外燃燒能夠適應的燃燒熱流密度。高強度紅外燃燒器紅外燃燒的熱量來源為通過泡沫氧化鋯板的預混燃氣空氣混合物，兩側金屬纖維網只供火焰檢測。假設通過均流板后預混燃氣空氣混合物分布均勻，以膜式燃氣表計量燃氣流量，泡沫氧化鋯板底部面積與金屬纖維網面積比值(0.78)，即為紅外燃燒負荷占燃燒器總負荷的比例。熱流密度計算公式

為:

式中

——熱流密度，kW/m

纖維網格型和泡沫網格型適用于燃燒領域和過濾材料領域。纖維網格型以金屬纖維(鎳基合金或鐵鉻鋁合金等)和陶瓷纖維為代表，為三維網狀結構，體積小，質量小，結構穩定，抗氧化和抗熱震性能好，但生產難度大、經濟性差，金屬耐溫在1 400 ℃左右，不適應區域火焰溫度(1 400～1 600 ℃)。泡沫網格型以泡沫金屬型和泡沫陶瓷型為代表，具備孔隙率高(70%～90%)、密度小、比表面積大、三維空間結構、流動阻力低、分布均勻等特點，但存在熱震性受溫度變化影響大，陶瓷缺乏剛度和韌性，不便于機械加工，金屬耐熱性不足

。

我推薦喝鮮奶、原味酸奶或孕婦奶粉。鮮奶是指那種需要冷藏保存、保質期在7天以內的奶，這種奶的營養價值較高。如果不喜歡喝鮮奶，可以喝原味酸奶，一定要含四大益生菌的，但不推薦喝乳酸菌飲料和各種調味酸奶。如果鮮奶和原味酸奶都喝不到的話，也可以選擇孕婦奶粉。市面上有很多可在常溫下保存的、保質期較長的奶，這種奶叫做常溫奶，因為其加工工藝會導致奶中的很多小分子被破壞，營養價值不如鮮奶好，所以不作為優先推薦的奶品。

——燃氣流量，m

/h

——燃氣低熱值，kJ/m

，測試氣體低熱值為34 540 kJ/m

由圖2可知，隨著空氣流速增加，燃燒器頭部阻力近似呈線性增加；燃燒器頭部采用金屬纖維網和不同孔隙密度的泡沫氧化鋯板與單獨使用金屬纖維網相比，頭部阻力的壓力降變化小。因此，頭部阻力主要來源于金屬纖維網，泡沫氧化鋯板的阻力占比較小，更換不同孔隙密度的泡沫氧化鋯板對燃燒器頭部的阻力影響較小。

紅外燃燒負荷由16.4 kW增加至78.84 kW，燃燒熱流密度也由1 025 kW/m

增加到4 930 kW/m

，仍能維持穩定的紅外燃燒。當燃燒器負荷繼續增大時，將出現離焰現象。

5 結論

① 高強度紅外燃燒器頭部采用金屬纖維網和泡沫氧化鋯板的組合具有一定的可行性，金屬纖維網阻力是主要阻力，泡沫氧化鋯板阻力占比低。

二是傳統文化是維護民族生存和發展的精神紐帶。思想意識對物質有動態的理念思維反應，傳統文化可以喚起人們無限的家庭情感,喚起人們對民族和國家的認同,對傳統文化態度的呼喚，辯證肯定事物、否定消極內容,保留了舊事物的積極合理的因素,辯證否定了本質錯誤的“揚棄”,才能不斷地提升文化消除陳舊的思想意識。

我們用Java語言編碼實現了第四節所述系統，并將系統部署到服務器中，服務器環境為：Intel（R） Xeon（R）CPU E7-4820 V2＠2.00GHz 2.00GHz，128G 內存，centos7 x64 操作系統。 需要展現的數據為2017年云南省6 000千米輸電線路的高清航拍數據（約 12.4TB）。

“本地方言里，郭與穀的發音是一樣的。穀這個字難寫，現在也沒幾個人認得了，再說過去的城也沒有了，以前那么多的東西，都沒有了。”

② 相較于金屬纖維網燃燒器，在相同過剩空氣系數下，CO排放始終維持較低水平，NO

排放受過剩空氣系數與多孔介質結構特性耦合影響。

3.2.4 飲食的護理 淋巴漏容易導致水、電解質和蛋白質的丟失，加劇術后電解質紊亂、低蛋白血癥及營養不良，從而影響傷口的愈合甚至導致傷口感染。術后即刻禁食，直至肛門排氣后改為半流質飲食，以高蛋白、高熱量食物為主，忌辛辣、刺激性強的食物。10 d后改為普食，以避免便秘的發生，膳食仍以高蛋白、高熱量、易消化的食物為主。

③ 高強度紅外燃燒器燃燒熱流密度最高可達4 930 kW/m

，燃燒器長時間工作且過剩空氣系數處于1.5左右時，能夠實現較好的運行工況，達到較低的污染物排放。

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