天然氣燒嘴廠家詳解：氣體燃料燃燒原理
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由于氣體燃料與氧化劑混合的過程不同，燃燒過程表現(xiàn)出不同的特性。對于均相預(yù)混可燃混合物而言，燃燒可以通過自燃、爆炸、火焰?zhèn)鞑サ男问竭M(jìn)行，火焰?zhèn)鞑サ男问缴婕皞鞑ニ俣群突鼗鸬?性問題，還涉及熄火和保持燃燒穩(wěn)定性的原理和方法等問題。對于擴(kuò)散燃燒的形式，也同樣存在這些問題。
1.均相預(yù)混可燃?xì)怏w的點(diǎn)燃。
低于自然臨界溫度的氣體混合物不會(huì)自動(dòng)起燃。工程上一般采用強(qiáng)迫著火的方式將其點(diǎn)燃，就是外界用鄭州中威環(huán)保設(shè)備有限公司生產(chǎn)的燒嘴控制器一類具有更高能量水平的熱源接觸混合物，使之局部起燃，然后再通過火焰?zhèn)鞑サ姆绞桨l(fā)展到整個(gè)容積空間中去。工程上的點(diǎn)燃可分為外界點(diǎn)火源和由于流動(dòng)所形成的內(nèi)部自身回流區(qū)火源兩類，常見的火柴、火炬、電火花、熾熱高溫平面和高溫燃?xì)饣亓鲄^(qū)等都是用于不同場合的點(diǎn)火方式。下面以熾熱高溫平面和高溫燃?xì)饣亓鲄^(qū)為例說明點(diǎn)燃條件。
（1）熾熱高溫平面點(diǎn)火。
配有無焰燃燒器的鍋爐中采用的灼熱耐火磚隔墻就是熾熱高溫平面點(diǎn)火方式的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)溫度為T?、過量空氣系數(shù)為α的均相預(yù)混可燃?xì)怏w以速度u?流經(jīng)一個(gè)壁面溫度為Tw，遠(yuǎn)離壁面者則保持其原有的溫度水平T?。由于傳熱作用，近壁區(qū)氣體層溫度在流動(dòng)過程中不斷升高，以致接近Tw，而且這個(gè)區(qū)域的厚度也在不斷增加。溫度升高加速了可燃?xì)怏w的化學(xué)反應(yīng)，并釋放出熱量，反過來進(jìn)一步強(qiáng)化了自身的傳熱過程。與此同時(shí)，近壁區(qū)的可燃?xì)怏w還會(huì)不斷遠(yuǎn)離壁面的低溫區(qū)散熱。只要高溫平面的壁溫足夠高，使壁溫附近的反應(yīng)放熱和熱量積聚超過散熱過程，可燃?xì)怏w的溫度將繼續(xù)升高，在流經(jīng)一定距離后，就會(huì)*終達(dá)到點(diǎn)燃的臨界溫度TF而發(fā)生著火.
(2)高溫燃?xì)饣亓鼽c(diǎn)火。
高溫燃?xì)饣亓鼽c(diǎn)火方式是常用的穩(wěn)定火焰方法，例如，利用流道截面積的突擴(kuò)而在外圍形成的渦流區(qū)，或是氣流旋轉(zhuǎn)進(jìn)入燃燒空間，在軸線附近的*區(qū)形成的回流區(qū)，以及利用氣流中的鈍體在下游形成的回流區(qū)等。回流區(qū)中的氣流方向和主流方向相反，在燃燒過程中，可以將火焰外緣的高恩燃燒產(chǎn)物卷吸回來，與迎面而來的新鮮可燃?xì)饬骰旌喜⑹怪杆偕郎兀貏e是在回流區(qū)外緣處的氣流升溫尤為顯著。加上化學(xué)反應(yīng)放熱加劇以及其他條件適合，可燃?xì)饬骶蜁?huì)在達(dá)到某一位置被點(diǎn)燃，從而形成火焰面。
2.火焰?zhèn)鞑?br /> 低于自燃臨界溫度的均相預(yù)混可燃?xì)怏w被外加能量點(diǎn)燃后，就會(huì)從局部起燃點(diǎn)開始燃燒并逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致整個(gè)體積范圍內(nèi)的可燃?xì)怏w燃燒殆盡，這就是火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象。在以燃盡的產(chǎn)物和未燃的新鮮混氣之間，可以觀察到一個(gè)朝著新鮮混氣方向移動(dòng)的火焰封面進(jìn)行傳播速度表征了燃燒過程進(jìn)展的快慢。火焰?zhèn)鞑バ问接袃煞N，分別為層燃和湍流火焰?zhèn)鞑ィ瑢恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣纫话銥?0~100cm/s，而湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，一般為200cm/s以上，對鍋爐來說，如果爐膛內(nèi)出現(xiàn)異常爆炸性燃燒，則火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤蛇_(dá)到1000~3000m/s。
3.預(yù)混可燃?xì)怏w的火焰穩(wěn)定
火焰穩(wěn)定涉及燃燒*不問題，常見的熄火、回火等都屬于火焰?zhèn)鞑ミ^程中的不穩(wěn)定問題。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，在一定的工況條件下或變工況范圍內(nèi)，要求火焰位置穩(wěn)定并保證不發(fā)生熄火。火焰?zhèn)鞑ズ腿紵柙谶m當(dāng)?shù)臍饬魉俣确秶鷥?nèi)進(jìn)行，流速過高火焰將會(huì)被吹熄，流速過低則可能導(dǎo)致回火。要在高速氣流中形成穩(wěn)定放熱火焰封面需同事滿足如下幾個(gè)條件：
（1）預(yù)混可燃?xì)怏w需在適當(dāng)?shù)臍饬魉俣确秶鷥?nèi)進(jìn)行，流速過高火焰將會(huì)被吹熄，流速過低或過高，否則它燃燒釋放的熱量不足以補(bǔ)充散熱損失和維持燃燒區(qū)內(nèi)的溫度水平，火焰溫度就會(huì)下降，化學(xué)反應(yīng)速度也會(huì)降低，而使火焰?zhèn)鞑ミ^程中不斷而發(fā)生熄火。
（2）火焰前鋒處的散熱條件，主要提現(xiàn)在燃燒容器的表面積與空間體積的比值。當(dāng)火焰在管道或狹小空間內(nèi)傳播時(shí)，管徑或該空間尺度減小將增大燃燒區(qū)的對外散熱率，從而消弱火焰?zhèn)鞑サ目赡苄浴？刂迫紵O(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作條件，確保不發(fā)生回火，是氣體燃燒的基本*要求。
（3)在火焰根部存在一個(gè)位置穩(wěn)定的火焰波面，流經(jīng)的氣流速度u0的完全值，但方向彼此相反，這意味這火焰波面的法線方向必然與來流方向平行。穩(wěn)定的火焰波面是至關(guān)重要的，沒有這樣的波面就沒有一個(gè)穩(wěn)定的熱源向它迎面而來的來流以及鄰近的可燃?xì)怏w提供熱量，已燃的火焰鋒面就會(huì)向下游移動(dòng)，而不能形成穩(wěn)定的火焰前鋒，火焰*終必將吹熄。
4.氣體燃料的擴(kuò)散燃燒
氣體燃料的氧化劑分別供給到燃燒空間邊混合邊燃燒，擴(kuò)散、混合過程需要消耗一定的時(shí)間。如果擴(kuò)散時(shí)間相對燃燒反應(yīng)而言長很多，就意味著擴(kuò)散、混合過程進(jìn)展緩慢，是整個(gè)燃燒過程的控制因素，這種燃燒稱為擴(kuò)散燃燒。此時(shí)，決定混合過程速度的主要是氣體的物性參數(shù)、速度分布、壓力分布等氣動(dòng)因素。相反，如果燃料和氧化劑的混合進(jìn)展非常迅速，燃燒速率受化學(xué)反應(yīng)速率控制，可燃混合物的性質(zhì)、成分、反應(yīng)溫度、壓力等許多反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素成為主要影響因素。這種燃燒現(xiàn)象成為動(dòng)力燃燒。
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