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工業窯爐燒嘴：氣體燃料的預混燃燒

添加時間：2017/7/27 17:10:08 瀏覽次數：1707

       如果燃氣與空氣預先混合后再送入燃燒室燃燒, 這種燃燒稱為氣體燃料的預混燃燒, 此時在燃燒前已與燃氣混合的空氣量與該燃氣燃燒的理論空氣量之比, 稱為一次空氣系數, 常用α1,表示,其數值的大小反映了預混氣體的混合狀況。

       依據一次空氣系數a1,的大小,預混氣體燃燒又有兩種情形。當0<α1<1,即預混氣體中的空氣量小于燃氣燃燒所需的全部空氣量時, 稱為部分預溫燃燒或半預混燃燒; 如果a1≥l. 即預混氣體中的空氣量大于或等于燃氣燃燒所需的全部空氣量時, 稱為全預混燃燒。 部分預混燃燒火焰通常包括內焰和外焰a兩部分。內焰為預混火焰,外焰為擴散火焰。當α1較小時,內焰的下部呈深藍色,其頂部為黃色,而外焰則為暗紅色。隨著α1的增大,內焰的黃焰尖逐漸消失,其顏色逐漸變淡,高度縮短,外焰越來越不清晰。當α1大于1時,外焰定全消失,內焰高度有所增加。

       如果燃氣與空氣預先混合均勻,則預混氣體的燃燒速率主要取決于著火和燃燒反應速率, 此時的火焰沒有明顯的輪廓, 故又稱無焰燃燒。 與此對應, 半預混燃燒又稱為半尤焰燃燒。

       在預混可燃混合氣的燃燒過程中, 火焰在氣流中以一定的速度向前傳播, 傳播速度的大小取決于預混氣體的物理化學性質與氣體的流動狀況。

   1  層流預混火始傳播與火焰結構：

      將靜止的預混可燃混合氣用點火源 B (電火花或文n熱物體) 點燃后, 火焰會向四周傳播開來,形成按同心球面傳播的火焰鋒面,球體* 9 就是火焰*,。球形火焰面A上的微分單元dA=Ao的火焰傳播速度方向為沿著球體半徑方向, 稱為微分單元面上的層流火焰傳播速度 .假如球形火焰鋒面傳播的每一個半徑方向均為假想的流管Z的對稱軸-方向,流管斷重上的平均火焰傳播速度則可認為是層流火焰傳播速度。在火焰面前面是未燃的預混可燃混合氣（I ), 在其后面則是溫度很高的燃燒反應產物（ll)。它們的分界面是一層薄薄的火焰面,在其中圖5-3  靜止可燃混合氣中層流火焰的傳播量行著強烈的燃燒化學反應, 同時發出光和熱。它與部近層之間存在著很大的溫度和濃度梯度 。這層火焰面稱為火焰前鋒 (前沿) 或火焰波, 其厚度 3通常在1mm以下。

    2.火焰的穩定性：

       當可燃混合氣噴出速度Wga1變化時,火焰面可通過改變φ的大小來維持式(5-4)的成立, 以維持自身的穩定。

當 Wga1增大時, φ 也隨之增大(θ減小)。但如果 0直到增大至接近90°而無法滿足式(5-4) ,則火焰面無法繼續保持穩定,火焰將被吹離噴口 。此時,火焰可能出現二種現象:

l)者火焰脫離噴口,懸舉在噴l1上方,但不熄滅,這種現象稱為離焰。

2) 發生高焰時, 火f病,雖不立即熄滅, 但此時火焰將吸入更多的二次空氣, 使懸舉的火焰中燃氣濃度降低. 者可燃混合氣流速_繼續增大, 火焰則會出現吹熄現象 。

3) 若火焰脫離噴口并熄滅, 這種現象稱為脫火。顯然, 脫火主要是由于噴口出口氣流速度過高而引起的, 故又常稱為吹脫。

      相反,當ωga1減小時,φ也隨之減小(θ增大)。但如果φ直到減小至接近 0也無法滿足式(5-4),則火表日面也無法繼續保持穂.定。此時,火焰將縮入燃燒器噴口內,在噴口內燃燒, 這種現象稱為回火 。

      在燃燒技本中, 如何保證燃氣或可燃混合氣在引燃后能夠持續燃燒而不再熄滅, 是一個十分重要的問題, 即要求噴口上方的火焰能夠穩定在某個位置上, 使燃燒過程穩定地繼續下去。 如果燃燒條件 (如燃氣流量、 一次空氣量等) 發生變化或者燃燒過程受到外界因素干擾,則將影響燃燒工況,往往可能造成火焰不穩定,出現高文日、吹熄、脫火、回火等現象。

      燃燒器（或工業窯爐燒嘴）在工作時,不允許發生離焰、吹熄、脫火或回火同題。吹熄和脫火將造成燃氣在燃燒室及其周圍環境中的累積, 一旦再遇到明火便會使大量燃氣迅速著火, 從而造成大規模爆燃, 同時燃氣也會對人員造成毒害作用 。 回火則可能燒毀燃燒器, 甚至引起燃燒器或儲氣罐發生爆炸, 也可能導致火焰熄滅, 從而造成嚴重后果。