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在放電點火方式以及電極的布置上,有對地放電和兩極間放電之分。由于燃料氣的易燃易爆性,故燃氣燃燒機全部是采用較為的對地放電方式。由于燃氣的成分不同,它們的火焰傳播速度也有較大的差異,對于火焰傳播速度較低的燃料,采用預混式燃燒,點火方式是電極對穩焰盤或側壁放電。對于火焰傳播速度較高的燃料,采用后混式燃燒,點火方式是電極對噴嘴放電。燃油燃燒機有一部分是采用對地放電的方式,另一部分則是采用兩電極間放電的方式。對地放電又可分為幾種方式,一種是單電極對噴嘴放電,另一種是單電極對穩焰盤放電,還有一種是雙電極對噴嘴放電。兩電極間放電可分為一電 極接點的假兩電極放電以及真正的兩電極間放電兩種方式,所謂的假兩電極放電是指其中的一個電極實際上是接地的。單極放電強調的是其電氣的性,因一個電極接地沒有浮空的電極;而兩極放電則強調的是點火的成功率,因其兩極可以放置在點火區的位置。
采用不同升壓部件的電子點火器,雖然工作原理不同,價格不同,但都能夠滿足點燃燃料的需要。不同的輸出形式(單極型、雙極型和中間接地的雙極型)各有其優缺點,有的側重于性,有的則側重于靈活性。燃用不同燃料的燃燒機必須選擇相應的電子點火器以及不同的電極布置方式,否則有可能得不到保障或者無法引燃燃料。對于燃料為燃氣的燃燒機,考慮到性的影響,必須采用單電極點火方式;而對于燃油燃燒機,為了獲得較好的點火位置及較高的點燃率,建議采用雙極型的點火方式。Honeywell 是美國生產的高壓點火裝置,其中常用的 Satronic 系列電子點火器是以固態繼電器為基礎設計的。不同于傳統的鐵芯式變壓器,它通過內部點火電路,在次級產生高頻、高壓電火花。Danfoss 是瑞典生產的高壓點火裝置,EBI 系列電子點火器常用于燃油和燃氣燃燒機的點火。它是采用電子變頻產生高壓的原理進行工作的,適用于間歇點火,在3 min 內,35℃ 的條件下發火率為33%;60℃的條件下發火率為20%。BRAHAMA 是意大利生產的高壓點火裝置,分為 E、G 和 S 三個系列,均采用高性能的點火變壓器來升壓
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在傳統的工業爐設計中,燃燒器的火焰速度大約為每秒幾米,當燃燒產物溫度在600 °C~800 °C時,爐內對流換熱與輻射換熱各占50%;在燃燒產物溫度為800 ℃以上時,以輻射換熱為主;在燃燒產物溫度達到1 400 ℃時,輻射換熱是對流換熱的10倍,所以大部分爐窯設計中,是以輻射換熱為基礎。但是在采用高速氣體燃燒器后,即使在高溫區,爐內被強化的對流換熱在綜合換熱中所占的比重大大提高,具體說明如下:
采用普通燃燒器時,火焰速度低,燃燒產物在被加熱物表面的流動為層流,層流的對流換熱系數為h1-Nu*λ/d。
式中 努謝爾特數Nu=0.332Pr1/3*Re1/2;Pr為普朗特數;Re為雷諾數;λ為氣體的導熱系數;d為流道當量直徑。
采用高速氣體燃燒器, 火焰噴射速度高(100 m/s~300 m/s),被加熱體表面流動以紊流為主,紊流附面層局部放熱系數為h2=Nu*λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
設加熱爐內腔尺寸為6.45m×2.3m×2.9m,燃燒產物溫度為1 790 ℃,被加熱體溫度為900 ℃。
采用普通燃燒器,燃燒產物流速為5 m/s時,燃燒產物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h*m2。
采用高速氣體燃燒器,燃燒產物流速為150 m/s時,燃燒產物與被加熱體表面之間的對流換熱比熱流為q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h*m2。q2是q1的4倍。
國外曾就輻射加熱爐和高速對流加熱爐進行過比較試驗,在0 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的6倍,在750 ℃~1 200 ℃的加熱過程中,輻射加熱爐所需加熱時間是高速對流加熱爐的10倍。
1980年,國內引進高速氣體燃燒器在井式加熱爐上進行技術改造,原有的輻射加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫需要24 h,而采用了高速氣體燃燒器的加熱爐從0 ℃~650 ℃升溫只需4 h,并且燃料消耗量也由于采用了高速氣體燃燒器可以節省25%~30%。在油田,用高速氣體燃燒器改造成三合一加熱爐,加熱效率提高了1倍,而燃料消耗量節約了20%。
高速氣體燃燒器的燃燒產物高速沖進加熱爐內,攪動多倍的爐內氣體隨之摻混,可以大大提高爐內溫度均勻度。國外一家工廠用高速氣體燃燒器改造加熱爐后,爐內溫度均勻度可由±15 ℃提高到±2 ℃。國內井式加熱爐采用高速氣體燃燒器后,爐溫均勻度達到±7 ℃。
使燃氣和空氣分別或混合后進入燃燒區而實現穩定燃燒的裝置。燃氣燃燒器是民用燃氣用具和燃氣工業爐的基本組成部分。燃氣燃燒器種類繁多。按一次空氣系數(預先和燃氣混合的助燃空氣量與燃氣完全燃燒所需的理論空氣量之比)分類,有擴散式、大氣式和無焰式燃燒器;按空氣供給方式分類,有引射式和鼓風式燃燒器;按用氣壓力分類有低壓(5千帕以下)、中壓(5~300千帕)和高壓燃燒器。
擴散式燃燒器:依靠燃氣從火孔逸出后的擴散作用,實現燃氣和空氣的混合并穩定燃燒的燃燒器。燃氣逸出火孔前不同空氣預先混合,一次空氣系數為0。擴散式燃燒器結構簡單、使用方便、火焰穩定。但其燃燒速度較慢、火焰較長,為達到完全燃燒需要較多的過??諝?因此燃燒溫度較低。擴散式燃燒器適用于溫度不高但要求溫度比較均勻的工業爐和民用燃具。小型擴散式燃燒器也常用作點火器。
大氣式燃燒器:預先混合部分空氣的燃燒器。一次空氣系數通常取0.4~0.7。燃氣以一定壓力自噴嘴噴出進入混合管(即引射器),借高速噴射形成的負壓將周圍一部分空氣吸入,在混合管中混合后從燃燒器頭部火孔逸出而燃燒。大氣式燃燒器燃燒比較完全,使用方便,但負荷較大時結構較龐大笨重。多孔大氣式燃燒器(圖1)廣泛用于民用燃具。
鼓風式燃燒器:由鼓風機供給燃燒所需全部空氣的燃燒器。一次空氣系數為 0。燃燒熱強度和火焰長度取決于燃氣和空氣的混合情況。為了強化燃燒,采取各種措施使燃氣和空氣混合均勻,因此鼓風式燃燒器又有套管式、旋流葉片式、蝸殼式和平流式等多種型式。與相同熱負荷的引射式燃燒器相比,鼓風式燃燒器結構較緊湊;當燃氣和空氣混合得較好時,火焰較短;熱負荷調節范圍較大;空氣具有一定壓力,提供了預熱空氣的可能性。但這種燃燒器需配有鼓風機,燃燒器本身也不能自動調節燃氣和空氣的混合比例。鼓風式燃燒器主要用于各種工業爐和大型鍋爐。
無焰燃燒器:燃氣和燃燒所需的全部空氣預先混合,燃燒過程火焰很短甚至完全看不見火焰的燃燒器。一般采用引射器吸入空氣,與燃氣充分預混,在高溫火道中瞬間完成燃燒?;鸬罒釓姸群芨?,燃燒溫度也較高。無焰燃燒器在工業加熱和烘干工藝中應用很廣泛。
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