[科普中国]-冶金炉燃烧装置

冶金燃烧的特点冶金富氧燃烧

与空气比较燃烧特点2:

a)燃烧温度高

氧量，% 燃烧温度，℃
21 1860
25 2126
29 2375
氧量提高，燃烧温度升高，必定会提高燃烧效率，降低炉渣含碳量。
燃烧温度高，炉内传热效果更好，提高了锅炉出力。
b)减少空气量和燃烧后烟气量
1公斤煤大约需8m3空气，如果提高氧量，若氧量为30%，则需6m3，相差约2m3，烟气从9m3降到6m3，这是显然易见减少空气量和烟气量

冶金炉对燃烧装置的要求①具有适当的燃烧能力，并能在一定范围内进行调节；

②燃烧过程稳定，不回火，也不脱火；

③能控制火焰，使火焰具有一定的外形、方向和刚性；

④符合环境保护的要求，避免或减少燃烧引起的大气污染和燃烧噪声；

⑤在高温条件下坚固耐用，操作、维修方便。

冶金炉燃烧装置组成部分冶金炉的一个组成部分3，它的作用是将燃料和助燃剂（氧气或空气）互相混合，使之着火燃烧，并将火焰送入炉膛。通常由两部分组成：①燃烧器，供给燃料和助燃剂，并为二者混合创造条件或使二者混合；②燃烧室，用来完成混合、着火燃烧的全部过程。许多冶金炉的燃烧过程在炉膛中进行，此时炉膛便起燃烧室的作用。

煤气燃烧器或称煤气烧嘴。根据煤气和助燃空气在燃烧之前的混合程度，通常分两类4：

有焰燃烧器煤气和空气经燃烧器的不同喷口流出，然后在燃烧室（或炉膛）中逐渐混合、燃烧，形成火焰。含有碳氢化合物的煤气，在高温下热解析出炭粒，由于炭粒的辐射可使火焰光亮可见，因而名为“有焰燃烧”。燃烧速度和火焰长度取决于煤气和空气两个射流的混合速度。为得到不同的火焰长度和火焰形状可采用不同的烧嘴结构（表1）。 冶金炉燃烧装置 有焰燃烧器的火焰稳定性较好，不会回火，不易脱火,火焰的黑度较大,煤气和空气的预热温度不受燃烧方法的限制。有焰燃烧器广泛应用于热风炉、均热炉、加热炉、热处理炉和各种窑炉；煤气平炉的炉头也属于有焰燃烧装置。

无焰燃烧器又称预混式燃烧器。指煤气和空气在燃烧器内（进入燃烧室之前）已预先混合均匀，燃烧速度极快，容积热强度可达(1～4)×109千卡/(米3·时)，比有焰燃烧方法可大100～1000倍。由于完全燃烧,不析出炭粒，火焰透明，故名“无焰燃烧”。无焰燃烧器常用的型式为喷射式无焰燃烧器。煤气由大气中直接引射空气，即以煤气为喷射介质，以空气为被喷射介质，然后在混合管和扩张管内均匀混合，进入燃烧坑道燃烧，火焰甚短。这种燃烧器要求有较高的煤气压力而不用空气鼓风机。如对空气进行预热，可采用图1b的型式；不过空气预热温度受煤气着火温度和烧嘴燃烧稳定性的限制,一般在350～500℃以下,以免发生回火。有的喷射式无焰燃烧器也用空气做喷射介质，而以煤气为被引射介质，此时便不需要高的煤气压力。无焰燃烧器可用于轧钢加热炉、锻造炉和热处理炉等。 冶金炉燃烧装置 此外，为满足炉子的某些特殊要求，发展出多种专用烧嘴。例如高速烧嘴，它是在燃烧装置的燃烧室中组织高强度燃烧，然后使喷出的火焰速度每秒达 100米以上，用以强化炉内的对流传热或气体循环，或在引射过量空气后，得到中温火焰；火焰长度可调烧嘴是通过调节空气与煤气的混合强度来控制燃烧速度的，从而可得到炉子温度制度所需要的不同的火焰长度。另如低 NOx烧嘴，是采取降低火焰带中最高温度的措施,抑制NOx的生成，以减少烟气中污染物NOx的含量,以利保护环境。

重油燃烧器又称重油烧嘴或喷嘴5，除供重油和空气外，还要把重油雾化成细小的颗粒（平均直径不超过150微米）,形成的油雾与空气射流在燃烧室内混合、燃烧。雾化颗粒直径越小，燃烧速度越快，燃烧也越完全。为保证雾化质量，必须在进入烧嘴前将重油加热，以降低粘度。一般油烧嘴要求油的粘度不大于 0.6斯托克斯（厘米2/秒），可根据粘度与温度的关系确定重油应加热的最低温度,例如20号重油为70℃,200号重油为105℃。重油燃烧器按雾化方法可分为以下几种类型：

①气体介质雾化式，用气体（空气、煤气或燃烧产物）作雾化剂，喷出后与重油流相遇，将油吹成雾状。根据雾化剂压力的不同，又分为高压油烧嘴、中压油烧嘴、低压油烧嘴。

②油压式，或称机械式：以很高的油压将油喷出并变成雾状。

③转杯式,油流入一高速旋转的杯中且被甩出,同时有空气将其吹成雾状。在冶金炉中广泛采用的是气体介质雾化式的高压油烧嘴和低压油烧嘴。

直流式煤粉燃烧器直流式煤粉燃烧器的特性1．不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器的着火性能差，炉膛充满度差6；

2．射流衰减慢，射程远，后期混合好，有利于煤粉燃尽；

3．采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；

4．多层布置（不少于三层）。

直流燃烧器的类型1．均等配风

一、二次风喷口间隔布置，混合较快，适用于挥发分较高的煤种。

2 分级配风

(1)目的：

在燃烧过程不同时期的各个阶段，按需要送入适量空气，保证煤粉既能稳定着火、又能完全燃烧。

(2)特点

使着火区保持比较高的煤粉浓度，以减少着火热；燃烧放热比较集中，使着火区保持高温燃烧状态，适用于难燃煤；煤粉气流刚性增强，不易偏斜贴墙。同时，卷吸高温烟气的能力加强。

(3) 一次风集中布置的问题

着火区煤粉高度集中，可能造成着火区供氧不足，延缓燃烧进程；

一次风喷嘴附近为高温区，喷嘴易变形，使喷嘴出口附近气流速度分布不均，容易出现空气、煤粉分层现象。

四角布置直流燃烧器的工作原理工作原理主要表现为几个过程：

(1) 煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程；

(2) 射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程；

(3) 煤粉气流的着火过程；

(4) 煤粉与二次风空气的混合过程；

(5) 四股气流形成的切圆旋转过程；

(6) 焦碳的燃尽过程。

旋流式燃烧器旋流式燃烧器的工作原理煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。 利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合7。

分类1、可动叶片双调风旋流燃烧器

2、蜗壳式燃烧器

煤粉燃烧器的结构

旋流式燃烧器的布置与供风方式旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上，有的采用大风箱供风，有的采用分隔风箱供风。煤粉燃烧器主要由一次风弯头、煤粉浓缩器、燃烧器喷嘴、稳焰环、内二次风装置、外二次风装置（含调风器、执行器）及燃烧器壳体等零部件组成。

燃烧室（炉膛）燃烧室是用来完成混合、着火燃烧的全部过程。许多冶金炉的燃烧过程在炉膛中进行，此时炉膛便起燃烧室的作用。

对炉膛的要求(1)创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽3；

(2)将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下，保证炉膛内所有的受热面不结渣；

(3)布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化；

(4)尽可能减少污染物的生成量；

(5) 对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性。

炉膛受热面结渣的影响因素1、受热面结渣的形成过程

当熔融的灰渣接近受热面时，若未被冷却凝固，并与受热面相碰，大块渣积聚在受热面外壁上，便形成了“结渣”现象。

2、受热面积灰或结渣的危害

(1) 使炉内传热变差，加剧结渣过程。

(2) 炉膛出口的受热面超温。

(3) 水冷壁积灰、结渣较多时，多数并发高温腐蚀。

(4) 使锅炉效率降低。

(5)水冷壁尤其是过热器结渣严重时，大块渣落下，可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。

3、影响受热面结渣的主要因素

(1)煤灰特性和化学组成

(2) 炉膛温度水平

(3) 火焰贴墙

(4) 过量空气系数

(5) 煤粉细度

(6) 吹灰

(7) 燃用混煤