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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 ℃。
燃燒狀態監控：燃燒狀態必須予以動態監控，一旦火焰探測器感測到熄火號，必須在極短時間內反饋到燃燒機，燃燒機隨即進人保護狀態，同時切斷燃氣供給?；鹧嫣綔y器要能正常感測火焰號，既不要敏感，也不要遲鈍。因為敏感，燃燒狀態如有波動易產生誤動作而遲鈍，反饋火焰號滯后，不利于運行。一般要求從熄火到火焰探測器發出熄火號的響應時間不超過0.2秒。
點不著火的保護：燃燒機點火時，通入燃氣，燃氣著火燃燒。點火動作要求發生在燃氣通入前，先形成點火溫度場，便于著火燃燒。如果點不著火，火焰探測器感測不到火焰號，燃燒機進入保護狀態。從點火到進入保護狀態的時間要適當，既不能過短也不能過長。若過短，來不及形成穩定火焰；過長，點不著火時造成大量燃氣時入爐膛。一般要求在通入燃氣2-3秒，燃燒機對火焰探測器感測的火焰號進行判斷，未著火則進入保護狀態，著火則維持燃燒。
熄火保護：燃燒機在燃燒過程中，若意外熄火，燃燒機進入保護狀態。由于爐膛是熾熱的．燃氣進入易發生爆燃，故須在極短時間內進入保護狀態，切斷燃氣供給。
從發生熄火到燃燒機進人保護狀態，該過程的響應時間要求不超過1秒。
燃氣壓力高低限保護：燃氣燃燒機穩定燃燒有一定范圍，只允許燃氣壓力在一定范圍內波動。限定燃氣高低壓的目的是確?；鹧娣€定性：不脫火、不熄火也不回火，同時限定燃燒機的輸出熱功率，保證設備經濟運行。當燃氣壓力超出此范圍，應鎖定燃燒機工作。燃燒機設計一般用氣體壓力開關感測壓力號，并輸出開關量號，用以控制燃燒機的相應工作。
空氣壓力不足保護：燃氣燃燒機設計熱強度大，其燃燒方式采用鼓風強制式。如果風機發生故障造成空氣中斷或空氣不足，立即切斷燃氣，否則會發生爐膛爆燃或向風機回火。因此在提高風機質量的同時，燃氣控制必須與空氣壓力連鎖，當空氣壓力不足時，應立即切斷燃氣供給。一般用氣體壓力開關感測空氣壓力號，并輸出開關量號，用以控制燃氣電磁閥的相應工作。
斷電保護：燃燒機在工作過程中突然斷電，必須立即切斷然氣供給，保護設備。燃氣控制電磁閥必須是常閉型的，一旦斷電，自動關閉切斷燃氣供給。電磁閥關閉響應時間≤5s。
新研制的高速氣體燃燒器,為了達到完全燃燒，使燃氣和空氣通過眾多的噴孔分別進入燃燒室，燃氣射流與空氣射流一一撞擊，均勻混合，合成射流矢量方向應與燃燒室主軸線平行，避免一射流穿透另一射流，造成混合不均。為了減少NOx的生成，采取分區燃燒，前區燃燒溫度低于后區燃燒溫度，在燃燒室出口燃燒溫度。前區是貧氧燃燒，后區增加供氧，在燃燒室出口達到過?？諝庀禂郸粒?。
如此設計，既能夠合理配風，保證完全燃燒，防止CO生成，又能夠維持較低的燃燒溫度，減少有害氣體NOx的生成。
燃燒室內充滿高溫的燃燒產物,其金屬室壁必須有足夠的冷卻，才能工作。效仿液體火箭發動機的再生冷卻，在高速氣體燃燒器的設計中，利用空氣在燃燒室外腔流動，吸收室壁傳導的熱量，保證室壁在的溫度范圍內工作。同時將空氣預熱能夠促進完全燃燒和提高理論燃燒溫度。
在燃燒室噴口局部高溫區，專門設計有空氣膜保護金屬壁。
由于采取了以上的設計，高速氣體燃燒器的使用壽命可達3年，而其他單位設計生產的高速氣體燃燒器的燃燒室由耐火材料作內襯，使用壽命為幾個月，甚至有的產品，其耐火材料內襯工作不足3個月就開裂。
在高速氣體燃燒器設計中，為了使燃燒產物具有足夠的動量，燃燒室應該有一定的壓力。根據用戶提供的燃氣物理化學參數和速度要求，進行燃燒計算確定燃燒產物的各個熱力參數后，燃燒室內燃燒產物的壓力可以求出，即pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)。
式中pc為燃燒室壓力；pa為環境壓力；k為燃燒產物絕熱指數；R為燃燒產物氣體常數；T為燃燒溫度；w為燃燒產物在噴口處的流速。
空氣和燃氣進入燃燒器，流經各自的通道，經過噴孔進入燃燒室，沿途存在一定的流阻。
燃燒器的空氣入口壓力pk是燃燒室壓力pc和空氣壓降Δpk之和，燃燒器的燃氣入口壓力pr是燃燒室壓力pc和燃氣壓降Δpr之和。即：pk=pc＋Δpk 。pr=pc＋Δpr。
pk和pr不能過高，應該滿足用戶提供的使用條件。高速氣體燃燒器在使用天然氣作燃氣時，燃燒產物速度為100 m／s，其天然氣入口壓力為2 500 Pa，空氣入口壓力為2 100 Pa。
高速氣體燃燒器是利用液體火箭發動機的燃燒技術為工業加熱爐開發的一種、節能、低污染燃燒器。經天然氣燃燒試驗，證明其工作可靠、操作簡單、熱負荷調節范圍大、空氣過剩系數及燃氣溫度調節范圍大。該燃燒器目前已成功地應用在油田、陶瓷、鋼鐵等行業的加熱爐上。
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