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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(yīng)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(qū)燃燒,前區(qū)燃燒溫度低于后區(qū)燃燒溫度,在燃燒室出口燃燒溫度。前區(qū)是貧氧燃燒,后區(qū)增加供氧,在燃燒室出口達到過剩空氣系數(shù)α=1。
如此設(shè)計,既能夠合理配風(fēng),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(nèi)充滿高溫的燃燒產(chǎn)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(fā)動機的再生冷卻,在高速氣體燃燒器的設(shè)計中,利用空氣在燃燒室外腔流動,吸收室壁傳導(dǎo)的熱量,保證室壁在的溫度范圍內(nèi)工作。同時將空氣預(yù)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(qū),專門設(shè)計有空氣膜保護金屬壁。
由于采取了以上的設(shè)計,高速氣體燃燒器的使用壽命可達3年,而其他單位設(shè)計生產(chǎn)的高速氣體燃燒器的燃燒室由耐火材料作內(nèi)襯,使用壽命為幾個月,甚至有的產(chǎn)品,其耐火材料內(nèi)襯工作不足3個月就開裂。
在高速氣體燃燒器設(shè)計中,為了使燃燒產(chǎn)物具有足夠的動量,燃燒室應(yīng)該有一定的壓力。根據(jù)用戶提供的燃氣物理化學(xué)參數(shù)和速度要求,進行燃燒計算確定燃燒產(chǎn)物的各個熱力參數(shù)后,燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)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(huán)境壓力;k為燃燒產(chǎn)物絕熱指數(shù);R為燃燒產(chǎn)物氣體常數(shù);T為燃燒溫度;w為燃燒產(chǎn)物在噴口處的流速。
空氣和燃氣進入燃燒器,流經(jīng)各自的通道,經(jīng)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(yīng)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(chǎn)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(fā)動機的燃燒技術(shù)為工業(yè)加熱爐開發(fā)的一種、節(jié)能、低污染燃燒器。經(jīng)天然氣燃燒試驗,證明其工作可靠、操作簡單、熱負荷調(diào)節(jié)范圍大、空氣過剩系數(shù)及燃氣溫度調(diào)節(jié)范圍大。該燃燒器目前已成功地應(yīng)用在油田、陶瓷、鋼鐵等行業(yè)的加熱爐上。
電廠鍋爐的工作過程:由原煤倉落下的原煤經(jīng)給煤機送入磨煤機磨制成煤粉。在原煤磨制過程中,需要熱空氣對煤進行加熱和干燥,因此外界冷空氣通過送風(fēng)機送入鍋爐尾部煙道的空氣預(yù)熱器中,被煙氣加熱成為熱空氣進入熱風(fēng)管道。其中一部分熱空氣經(jīng)排粉機送入磨煤機中,對煤進行加熱和干燥,同時這部分空氣也是輸送煤粉的介質(zhì);另一部分熱空氣直接經(jīng)燃燒器進入爐膛參與煤粉的燃燒。從磨煤機排出的煤粉和空氣的混合物經(jīng)燃燒器進入爐膛內(nèi)燃燒。
煤粉在爐膛內(nèi)迅速燃燒后放出大量的熱量,使?fàn)t膛火焰中心的溫度具有1500度或更高的溫度。爐膛四周內(nèi)壁布置有許多的水冷壁管,爐膛頂部布置著頂棚過熱器及爐膛上方布置著屏式過熱器等受熱面。水冷壁和頂棚過熱器等是爐膛的輻射受熱面,其內(nèi)部的工質(zhì)在吸引爐膛的輻射熱的同時,使火焰溫度降低,保護爐墻不致被燒壞。為了防止熔化的灰渣黏結(jié)在煙道內(nèi)的受熱面上,煙氣向上流動到達爐膛上部出口處時,其溫度要低于煤灰的熔點。
高溫?zé)煔饨?jīng)爐膛上部出口離開爐膛進入水平煙道,與布置在水平煙道的過熱器進行熱量交換,然后進入尾部煙道,并與再熱器、省煤器、和空氣預(yù)熱器等受熱面進行熱量交換,使煙氣不斷放出熱量而逐漸冷卻下來,使得離開空氣預(yù)熱器的煙氣溫度通常在110-160度之間。低溫?zé)煔庠俳?jīng)過除塵器除去大量的飛灰,后只有少量的細灰粒隨煙氣由引風(fēng)機送入煙囪排入大氣。
煤粉在爐膛中燃燒后所生成的較大灰粒沉降到爐膛底部的冷灰斗中,被冷卻凝固落入排渣裝置中,形成固定排渣。
由給水泵送向鍋爐的給水,經(jīng)過高壓加熱器加熱后進入省煤器,吸收鍋爐尾部煙氣的熱量后進入汽包,并通過下降管引入水冷壁下聯(lián)箱再分配給各個水冷壁管。水在水冷壁中吸收爐膛高溫火焰和煙氣的輻射熱,使部分水蒸發(fā)變成飽和蒸汽,從而在水冷壁內(nèi)形成了汽水混合物。汽水混合物向上流動并進入汽包,通過汽包中的汽水分離裝置進行汽水分離,分離出來的水繼續(xù)循環(huán)。而分離出來的飽和蒸汽經(jīng)汽包上部的飽和蒸汽引出管送入過熱器進行加熱。后達到要求的過熱蒸汽通過主蒸汽管道引入汽輪機做功。
高壓點火裝置的比較包括固態(tài)繼電器電子點火器與點火變壓器電子點火器的比較;單極型、雙極型以及中間接地的雙極型電子點火器的比較;不同燃料燃燒器電極布置的比較以及不同放電位置優(yōu)劣的比較。
采用固態(tài)繼電器的電子點火器與采用點火變壓器的電子點火器相比,使用了較為先進的固態(tài)繼電器升壓技術(shù),具有體積小、重量輕、發(fā)熱低和工作可靠等優(yōu)點。但由于采用了價格較為昂貴的固態(tài)繼電器,從而使整個電子點火器的成本增加,價格較采用點火變壓器的電子點火器高出許多。對于上述知名品牌的點火變壓器電子點火器,經(jīng)過了數(shù)十年的現(xiàn)場使用證明,其工作可靠性與壽命不比固態(tài)繼電器電子點火器差,與電熱絲點火器相比,要強出許多。后者是早期使用(國內(nèi)現(xiàn)在尚有使用)的用于燃油燃氣燃燒機的點火裝置,該點火裝置雖點火可靠,但點火速度慢、點火絲壽命短,所需的功率也較大,目前在國外已被淘汰。
電子點火器的輸出分為單極型、雙極型以及中間接地的雙極型,以適應(yīng)不同的燃燒器設(shè)計。所謂單極型,其輸出只有一個電極,另一個電極在點火器的內(nèi)部或外部接地(即接燃燒機外殼)。在工作時,電極對地放電,產(chǎn)生火花,引燃燃料氣體。其特點是較為可靠,使用方便,僅需引出一個電極加以絕緣即可。需要注意的是對于外部接地的單極型電子點火器,切記不能將兩極接反否則可能會引起電子點火器乃至整個控制設(shè)備毀壞。所謂雙極型,其內(nèi)部與單極型的內(nèi)部基本一樣,只是另一個電極不接地。在工作時,是兩極間放電來引燃燃料氣體的。其特點是使用靈活,但性不如單極型,且需對兩個引出電極加以絕緣。中間接 地的雙極型是采用帶有中間抽頭的點火變壓器或采用兩個固態(tài)繼電器來實現(xiàn)的。在工作時,它可以用兩極間的放電來引燃燃料氣體,也可以用兩極分別對地的放電來引燃燃料氣體(不常有),此時要求有較高的輸出電壓。采用兩極間放電的特點是布置靈活,可放置在理想的點火位置而不受噴嘴位置的影響,適用于對點火位置要求較嚴(yán)的燃料。與單極型相比,每個電極對地所具有的電壓僅為單極型的一半,這有益于電極引線的絕緣,相對來說也比較。
使燃氣和空氣分別或混合后進入燃燒區(qū)而實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的裝置。燃氣燃燒器是民用燃氣用具和燃氣工業(yè)爐的基本組成部分。燃氣燃燒器種類繁多。按一次空氣系數(shù)(預(yù)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(fēng)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(xiàn)燃氣和空氣的混合并穩(wěn)定燃燒的燃燒器。燃氣逸出火孔前不同空氣預(yù)先混合,一次空氣系數(shù)為0。擴散式燃燒器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、火焰穩(wěn)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剩空氣,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(yè)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(yù)先混合部分空氣的燃燒器。一次空氣系數(shù)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(jié)構(gòu)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(fēng)式燃燒器:由鼓風(fēng)機供給燃燒所需全部空氣的燃燒器。一次空氣系數(shù)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(fēng)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(fēng)式燃燒器結(jié)構(gòu)較緊湊;當(dāng)燃氣和空氣混合得較好時,火焰較短;熱負荷調(diào)節(jié)范圍較大;空氣具有一定壓力,提供了預(yù)熱空氣的可能性。但這種燃燒器需配有鼓風(fēng)機,燃燒器本身也不能自動調(diào)節(jié)燃氣和空氣的混合比例。鼓風(fēng)式燃燒器主要用于各種工業(yè)爐和大型鍋爐。
無焰燃燒器:燃氣和燃燒所需的全部空氣預(yù)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(yù)混,在高溫火道中瞬間完成燃燒。火道熱強度很高,燃燒溫度也較高。無焰燃燒器在工業(yè)加熱和烘干工藝中應(yīng)用很廣泛。
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