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在放电点火方式以及电极的布置上,有对地放电和两极间放电之分。由于燃料气的易燃易爆性,故燃气燃烧机全部是采用较为的对地放电方式。由于燃气的成分不同,它们的火焰传播速度也有较大的差异,对于火焰传播速度较低的燃料,采用预混式燃烧,点火方式是电极对稳焰盘或侧壁放电。对于火焰传播速度较高的燃料,采用后混式燃烧,点火方式是电极对喷嘴放电。燃油燃烧机有一部分是采用对地放电的方式,另一部分则是采用两电极间放电的方式。对地放电又可分为几种方式,一种是单电极对喷嘴放电,另一种是单电极对稳焰盘放电,还有一种是双电极对喷嘴放电。两电极间放电可分为一电 极接点的假两电极放电以及真正的两电极间放电两种方式,所谓的假两电极放电是指其中的一个电极实际上是接地的。单极放电强调的是其电气的性,因一个电极接地没有浮空的电极;而两极放电则强调的是点火的成功率,因其两极可以放置在点火区的位置。
采用不同升压部件的电子点火器,虽然工作原理不同,价格不同,但都能够满足点燃燃料的需要。不同的输出形式(单极型、双极型和中间接地的双极型)各有其优缺点,有的侧重于性,有的则侧重于灵活性。燃用不同燃料的燃烧机必须选择相应的电子点火器以及不同的电极布置方式,否则有可能得不到保障或者无法引燃燃料。对于燃料为燃气的燃烧机,考虑到性的影响,必须采用单电极点火方式;而对于燃油燃烧机,为了获得较好的点火位置及较高的点燃率,建议采用双极型的点火方式。Honeywell 是美国生产的高压点火装置,其中常用的 Satronic 系列电子点火器是以固态继电器为基础设计的。不同于传统的铁芯式变压器,它通过内部点火电路,在次级产生高频、高压电火花。Danfoss 是瑞典生产的高压点火装置,EBI 系列电子点火器常用于燃油和燃气燃烧机的点火。它是采用电子变频产生高压的原理进行工作的,适用于间歇点火,在3 min 内,35℃ 的条件下发火率为33%;60℃的条件下发火率为20%。BRAHAMA 是意大利生产的高压点火装置,分为 E、G 和 S 三个系列,均采用高性能的点火变压器来升压
煤气烧嘴分有焰烧嘴和无焰烧嘴两类。有焰烧嘴的特点是:煤气与助燃空气在烧嘴内部只进行部分混合或不进行混合,喷到炉内后再边混合边燃烧,火焰较长并有明显的轮廓,如低压煤气烧嘴、平焰烧嘴、自身预热烧嘴等。无焰烧嘴的特点是:煤气与空气在烧嘴内部即已达到完全混合,混合气喷出烧嘴后能立即着火燃烧,火焰很短且无明显轮廓,如高压喷射式烧嘴。
平焰烧嘴的特点是燃料与助燃空气以强烈的旋转运动喷出烧嘴,并沿垂直于烧嘴中心的炉壁(或炉墙)展开,在紧靠炉壁表面的一层空间内完全燃尽,形成圆盘形平火焰,能在相当大的平面内造成均匀的温度场,而且火焰黑度大,可实现均匀加热、快速加热,而取得一定的节能效果。
平焰烧嘴有鼓风式煤气平焰烧嘴和引射式煤气平焰烧嘴。
高速烧嘴的基本原理是:燃料在燃烧室内即实现完全燃烧。由于燃烧室是密闭的,并保持足够的正压力,使高温燃烧产物以高速喷出,因而强化了对流传热,促进炉内气流循环,均匀了记温。如果增大一、二次风的过剩量,还可以调节出口气体的温度,使之接近于工件的加热温度,防止工件过烧,保证加热质量,这种烧嘴又称高速调温烧嘴。
我国天然气和煤制气(原料为煤)资源丰富,且属于洁净能源,顾有着良好的社会经济效益。燃气燃烧机符合我国产业政策,市场前景很好,大有发展前途。然而在燃气燃烧机研制设计中,燃气特性—易燃、易爆及毒性,控制的首要问题。下面介绍一下燃气燃烧机的控制要求 :
根据燃气在炉膛内的燃烧特性,对其控制要求内容主要有预吹风、自动点火、燃烧状态监控、点不着火的保护、熄火的保护、燃气压力高低限保护、空气压力不足保护、断电保护、燃气泄漏事故的措施等。
预吹风:燃烧机在点火前,必须有一段时间的预吹风,把炉膛与烟道中余气吹除或稀释。因为燃烧机工作炉膛内不可避免地有余留的燃气,若未进行预吹风而点火,有发生爆炸的危险.必须把余气吹除干净或稀释,保证燃气浓度不在爆炸极限内。预吹风时间与炉膛结构及吹风量有关一般设置为15-60秒
自动点火:燃气燃烧机宜采用电火花点火,便于实现自动控制。可用高压点火变压器产生电弧点火,要求其输出能量为:电压≥3. 5K V、电流≥15mA , 点火时间一般为:2~5秒。
在传统的工业炉设计中,燃烧器的火焰速度大约为每秒几米,当燃烧产物温度在600 °C~800 °C时,炉内对流换热与辐射换热各占50%;在燃烧产物温度为800 ℃以上时,以辐射换热为主;在燃烧产物温度达到1 400 ℃时,辐射换热是对流换热的10倍,所以大部分炉窑设计中,是以辐射换热为基础。但是在采用高速气体燃烧器后,即使在高温区,炉内被强化的对流换热在综合换热中所占的比重大大提高,具体说明如下:
采用普通燃烧器时,火焰速度低,燃烧产物在被加热物表面的流动为层流,层流的对流换热系数为h1-Nu*λ/d。
式中 努谢尔特数Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr为普朗特数;Re为雷诺数;λ为气体的导热系数;d为流道当量直径。
采用高速气体燃烧器, 火焰喷射速度高(100 m/s~300 m/s),被加热体表面流动以紊流为主,紊流附面层局部放热系数为h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
设加热炉内腔尺寸为6.45m×2.3m×2.9m,燃烧产物温度为1 790 ℃,被加热体温度为900 ℃。
采用普通燃烧器,燃烧产物流速为5 m/s时,燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速气体燃烧器,燃烧产物流速为150 m/s时,燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
国外曾就辐射加热炉和高速对流加热炉进行过比较试验,在0 ℃~1 200 ℃的加热过程中,辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加热过程中,辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的10倍。
1980年,国内引进高速气体燃烧器在井式加热炉上进行技术改造,原有的辐射加热炉从0 ℃~650 ℃升温需要24 h,而采用了高速气体燃烧器的加热炉从0 ℃~650 ℃升温只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速气体燃烧器可以节省25%~30%。在油田,用高速气体燃烧器改造成三合一加热炉,加热效率提高了1倍,而燃料消耗量节约了20%。
高速气体燃烧器的燃烧产物高速冲进加热炉内,搅动多倍的炉内气体随之掺混,可以大大提高炉内温度均匀度。国外一家工厂用高速气体燃烧器改造加热炉后,炉内温度均匀度可由±15 ℃提高到±2 ℃。国内井式加热炉采用高速气体燃烧器后,炉温均匀度达到±7 ℃。
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