[科普中国]-鼓风扩散式燃烧器

简介

在鼓风扩散式燃烧器中燃气燃烧所需要的全部空气均由鼓风机一次供给，但燃烧前燃气与空气并不实现完全预混，因此燃烧过程并不属于预混燃烧，而为扩散燃烧。鼓风扩散式燃烧器的燃烧强度与火焰长度均由燃气与空气的混合强度决定。为了强化燃烧过程和缩短火焰长度，常采取各种措施来加速燃气与空气的混合，例如。将燃气分成很多细小流束射入空气流中或采用空气旋流等。根据强化混合过程所采取的措施及工艺对火焰的要求，鼓风扩散式燃烧器可做成套管式、旋流式、平流式等各种式样。1

设计原则(1) 在空气流中各火孔的燃气射流应有一定间隙 , 彼此既不相交 , 也不重合。

(2) 由于空气流旋转 , 空气的主要质量集中在燃烧室周边上 , 所以应按空气流量的分布规律分配燃气流量。

(3) 燃烧室顶部与锅底留有适当距离 H 。 H 过大 , 火焰接触不到锅底 , 效率低 ;H 过小 , 火焰受压于锅底 , 造成不完全燃烧 , 热效率降低。只有距离合适 , 才能使火焰充分燃烧 , 提高热效率。

(4) 燃气与空气流速保持一定比例 , 即：

常数( 参考值 3. 4 ～4. 5)

式中： γg 、 γa 为燃气、空气重度；Vg 、 Va 为燃气、空气的流速。

(5) 火孔呈不均匀分布 , 使燃气沿燃烧室轴线呈不同半径环状气流 , 防止燃气流重叠 , 增加燃气流和空气流的接触面 , 加速气流的混合过程。可保证燃气在最小的过剩空气条件下完全燃烧。

(6) 火孔α角和偏心距 e 与风孔β角和偏心距C , 是为了使空气流与燃气流沿燃烧室内壁切向形成一向上交角碰撞 , 增大混合气流的紊流程度 , 使一股或多股气流产生向上旋转运动 , 达到充分混合燃烧的目的。1

分类1、套管式燃烧器

套管式燃烧器由大管和小管相套而成，如右图1。通常是燃气从中间小管流出，空气从管夹套中流出，两者在火道或燃烧室内边混合边燃烧一这种燃烧器的特点是结构简单，工作稳定，不会回火、但由于燃气和空气属于同心平行气流，故混合较差，火焰较长。

2、旋流式燃烧器

旋流式燃烧器的结构特点是燃烧器本身带有旋流器根据旋流器的结钩(蜗壳或流叶片)和供气方式的不同，这种燃烧器又可做成多种形式，右图2所示为导流叶片式旋流燃烧器。燃烧器中空气以2000Pa的压力供入，经过导流叶片2聪成旋流，并与中心孔口流出的燃气进行混合，然后经喷口4进入火道或燃烧室继续进行棍合和燃烧。使用人工燃气时，其压力约为800Pa；使用天然气时，其压力约为3000Pa。当使用天然气时，中心孔口需安装燃气旋流器，使燃气也形成旋流，以加强气流混合。

右图3所示为中心供气蜗壳式旋流燃烧器.其旋流器是蜗壳，空气经蜗壳后形成旋流，燃气从中心燃气管上的许多小孔呈细流垂自喷入空气旋流中，两者强烈棍合后进入火道燃烧。当使用天然气时，其压力约为15000Pa，空气阻力约为850Pa，过剩空气系数为1.1。

右图4所示为螺旋板式燃烧器。它由两张平行钢板卷制而成，具有两个螺旋通道，一为燃气通道，另一为空气通道。燃气与空气分别从偏心切向进入各自通道，边旋转边向前流动，在燃烧器出口处开始混合。该燃烧器特点是，燃气与空气接触面入，混合均匀，燃烧器调节范围大。

右图5所示为切向供空气旋流式燃烧器。空气切向进入，燃气轴向进入，在高速旋转的空气带动下，燃气也随之旋转，并进行混合燃烧。由于旋转，在燃烧室中心形成一个大的烟气回流区，因此火焰呈旋转圆筒形。空气在圆筒形火焰与燃烧室壁中间旋转流动，起冷却燃烧室壁的作用，同时也减少了燃烧室的散热损失。

右图6所示为径向供燃气旋流式燃烧器。该燃烧器特点是，除形成旋转气流外，当燃气孔分布合理时，每个燃气孔均会形成一个单股燃气流。穿透到空气旋流之中，因而，增大了燃气与空气的接触面，使火焰缩短，如果燃气孔分布不合理，将会形成一个大的中心火焰，使燃烧恶化。1

特点一、优点

1、与自然引风扩散式燃烧器相比，鼓风扩散式燃烧器燃烧热强度大，火焰长短可调节。与热负荷相同的引射式燃烧器相比，其结构紧凑，体形轻巧，占地面积小。特别是当热负荷较大时，此优点更为突出。

2、另外，鼓风扩散式燃烧器要求燃气压力低，热负荷调节范围大，能适应正压炉膛，容易实现粉煤—燃气或油—燃气联合燃烧。还可以采用预热空气或燃气，预热温度甚至可接近燃气着火温度，因此可以极大地提高燃烧温度，这对高温工业炉来说是非常必要的。

二、缺点

1、鼓风扩散式燃烧器需要鼓风，耗费电能。

2、燃烧室容积热强度通常比完全预混燃烧器小，火焰较长，因此需要较大的燃烧室容积。

3、另外，鼓风扩散式燃烧器本身不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，需配置自动比例调节装置。

根据上述优缺点可知，鼓风扩散式燃烧器主要用于各种工业炉及锅炉中。1

燃烧状态调整(1) 满足火孔较佳位置时 , 燃烧器气阀调整至最大位置 , 风阀比例恰当时 , 使两种气体反应充分 ,火焰呈蓝色发光火焰或白炽状态的淡黄色火焰。

(2) 光焰是混合气中的碳氢化合物等在燃烧时 , 由于热分解而产生的微小碳粒 , 因灼热而形成光焰 ; 这种光焰除气体辐射外 , 还增加了微小碳粒的辐射 , 辐射能相当大。

(3) 燃烧器的热效率受空气量的影响很大。当空气过少时 , 由于氧气量不够 , 而造成燃气不完全燃烧 , 锅底结碳 , 热效率降低 ; 当空气过多时 , 会造成燃烧时 , 燃气要加热多余空气 , 降低火焰温度 , 热效率降低。随过剩空气系数的增大 , 火焰会缩短 , 对热效率也不利。2

存在的问题鼓风式燃气燃烧器适合于改造 116 KW 以上的工业炉和燃煤锅炉。其结构形式很多 , 有套管式、旋流式、平流式等。这类燃烧器通常由三部分组成 : 即燃气系统、空气系统、点火系统。空气由鼓风机供给 , 在配风器作用下与燃气分流器流出的燃气混合 ,然后进入炉膛燃烧 , 其燃烧的显著特点是 :

(1) 热负荷调节范围大 , 调节系数一般大于 5 ;

(2) 可以燃烧中、低压燃气 ;

(3) 炉内可实现高热强度和高温 ;

(4) 结构紧凑 , 形体轻巧 , 占地面积小 , 适宜各种类型锅炉 ;

(5) 容易实现燃烧过程的自动控制 ；

但是 , 这类燃气燃烧器应用于燃煤工业炉改造时 , 也存在一些问题 , 如 :

（1）由于燃气与空气在强流下混合 , 空气预热后与燃气迅速强烈燃烧 , 炉膛燃烧温度比燃煤时高 200℃左右 , 炉膛出口烟气温度将会升高 , 导致锅炉热效率降低。

（2）必须配备鼓风机。

（3）炉内不存在高温燃烧的固体层 ,即不存在固体辐射面 , 烟气中几乎没有飞灰含量 , 烟气中的固体辐射也不存在 , 炉膛整体辐射能力比燃煤时下降。

（4）燃气是易燃易爆气体 , 安全防爆问题尤为重要。

（5）燃烧器本身不具有自动调节特性。1

解决办法1、增设二次辐射受热面

即是在炉膛的炉底铺设用耐火砖排列成花格子形状的挡墙 , 格子砖的排列方式要有利于向侧墙水冷壁辐射放热 , 格子砖不可摆得太满。这样高温烟气高速冲刷格子砖挡墙 ,既增强了炉内辐射传热作用 , 还可降低出口烟气温度 , 又因燃烧器喷出气流的引射作用 , 在花格子砖的孔道内形成气流回流区 , 消除了炉内的滞留区 , 使炉内的温度比较均匀 , 同时避免了因积存在炉内死角的燃气不能被吹扫干净 , 而在点火时发生的爆炸现象。

2、设置燃气—空气混合比例自动调节装置

由于鼓风扩散式燃烧器不具备自动调节燃气和空气混合比例的特性 , 要满足锅炉生产能力要求 , 燃气 —空气供应量必须严格控制 , 可以人为手动操作 , 这种方法准确性差 ; 最好采用自动调节装置 , 即在燃烧系统设置燃气 —空气混合比例自动调节装置来实现燃气和空气严格按比例混合。调节可以是气动调节、液动调节、电动调节 , 气动调节和电动调节应用更广泛。

3、安全防爆措施

由于燃气与空气混合到一定浓度范围时 , 就会形成爆炸性气体 , 也就是说当燃气浓度达到一定范围即爆炸极限时 , 一旦点火失败或吹扫不彻底等有明火或高温都可能引起炉膛爆燃或爆炸 , 造成炉毁人亡事故 , 因此燃煤锅炉改烧燃气后必须采取安全防爆措施。措施有 :

（1）设置防爆门

也就是在燃气锅炉的炉膛和烟道上设置 1 ～ 2 个防爆门 , 面积要符合国家有关规定 , 其实防爆门并不能真正防爆 , 只是起到一定的泄压作用 , 减轻炉膛和烟道在发生爆炸时的破坏程度。

（2）真正有效的防止措施

①在点火前 , 应先检查炉内是否有燃气泄露现象。此外 , 点火前炉膛要吹扫 5 min , 以排除炉膛内可能存在的可燃气体。点火失败时 , 必须及时停止点火 , 重新吹扫、点火。

②培训操作工人 , 严格操作规程。

③提高锅炉燃烧系统的自动化程度 , 采用点火程控 , 安装熄火保护、火焰检测装置等安全控制系统。2