3.5 气体燃料的燃烧过程及设备

1、1第第 五五 节节气气 体体 燃燃 料料 燃燃 烧烧 过过 程程 及及 燃燃 烧烧 设设 备备2第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备1 1 燃烧过程及方法燃烧过程及方法(1) (1) 气体燃料与空气的混合气体燃料与空气的混合(2) (2) 混合气体加热至着火温度混合气体加热至着火温度(3) (3) 燃烧反应燃烧反应燃烧过程燃烧过程制约燃烧速度的因素是混合（扩散）。混合过制约燃烧速度的因素是混合（扩散）。混合过程是一个湍流扩散及机械掺混的过程。程是一个湍流扩散及机械掺混的过程。混合混合 着火着火 燃烧燃烧3(1) (1) 煤气与空气的流动方式；煤气与空气的流动方式；(2)

2、(2) 气流速度（相对速度）；气流速度（相对速度）；(3) (3) 煤气与空气气流的交角、流股煤气与空气气流的交角、流股( (束束) )直径；直径；(4) (4) 煤气的热值；煤气的热值；(5) (5) 空气过剩系数空气过剩系数 。影响混合的因素：影响混合的因素：第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备4根据煤气与空气在燃烧前（烧嘴内）是否预混根据煤气与空气在燃烧前（烧嘴内）是否预混合及混合的程度，燃烧方式分：合及混合的程度，燃烧方式分：(1) (1) 长焰燃烧：完全没混合，也叫扩散式燃烧；长焰燃烧：完全没混合，也叫扩散式燃烧；(2) (2) 短焰燃烧：部分混合；短焰燃烧：部

3、分混合；(3) (3) 无焰燃烧：完全混合。无焰燃烧：完全混合。保证燃烧反应进行的主要因素是保证燃烧反应进行的主要因素是: : 着火温度和着火浓度范围。着火温度和着火浓度范围。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备5煤气煤气 11 =1=1 11 =0=01 1、长焰燃烧特点：、长焰燃烧特点：第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备6边混合边燃烧，燃烧速度慢，燃烧速度取决于流股边混合边燃烧，燃烧速度慢，燃烧速度取决于流股 的混合；的混合；(2) (2) =1.151.25=1.151.25；(3) (3) 火焰较长，且沿火焰长度上温度分布较均匀，火焰较长，

4、且沿火焰长度上温度分布较均匀， 可可适用于容积和宽度稍大的窑炉；适用于容积和宽度稍大的窑炉；(4) (4) 可使用热煤气。可充分利用煤气中焦油化学热及可使用热煤气。可充分利用煤气中焦油化学热及 煤气显热，热利用率较高；煤气显热，热利用率较高；(5) (5) 空气、煤气预热温度限制较少空气、煤气预热温度限制较少；(6) (6) 煤气压力可较低，一般煤气压力可较低，一般5003000Pa5003000Pa即可；即可；(7) (7) 煤气中烃类易热解析出炭粒，所以煤气中烃类易热解析出炭粒，所以火焰黑度较高，火焰黑度较高， 辐射较强辐射较强；(8) (8) 生产能力大，烧嘴结构简单，成本低，经济性好。

5、生产能力大，烧嘴结构简单，成本低，经济性好。72 2、短焰燃烧法：、短焰燃烧法： 11内焰内焰外焰外焰 煤气与部分空气煤气与部分空气( ( 11) )在烧嘴内预混合，喷出后靠射在烧嘴内预混合，喷出后靠射流从周围空气中吸入空气流从周围空气中吸入空气( (二次空气二次空气) )并与之混合、继续并与之混合、继续燃烧。火焰由内焰与外焰两个锥体组成。燃烧。火焰由内焰与外焰两个锥体组成。 特点：特点：短焰燃烧与长焰燃烧基本相似，只是燃烧速短焰燃烧与长焰燃烧基本相似，只是燃烧速度较大、火焰较短、燃烧温度较高、燃烧较易完全，但度较大、火焰较短、燃烧温度较高、燃烧较易完全，但稳定性较差。稳定性较差。第五节第五节

6、 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备83 3、无焰燃烧法、无焰燃烧法 是指煤气和空气在烧嘴内完全混合（是指煤气和空气在烧嘴内完全混合（a a11），喷出），喷出后立即燃烧的燃烧方法。几乎无火焰。后立即燃烧的燃烧方法。几乎无火焰。主要特点：主要特点：空气过剩系数小（空气过剩系数小（a a1.051.05左右），燃烧温左右），燃烧温度高，不完全燃烧热损失极小，但燃烧不稳定性增强度高，不完全燃烧热损失极小，但燃烧不稳定性增强。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备 近年来随着近年来随着高速烧嘴高速烧嘴的出现，煤气与空气不仅在无的出现，煤气与空气不仅在无焰烧嘴内混合，而且

7、也可焰烧嘴内混合，而且也可在烧嘴内燃烧在烧嘴内燃烧，这对于控制喷，这对于控制喷出气流的速度和温度可以不受限制。在燃烧过程中，一出气流的速度和温度可以不受限制。在燃烧过程中，一般要根据工艺要求来控制火焰的般要根据工艺要求来控制火焰的性质及刚度性质及刚度。9第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备性质：性质：指火焰的气氛。有氧化焰、还原焰、中性焰：指火焰的气氛。有氧化焰、还原焰、中性焰： 氧化焰氧化焰：燃烧产物含一定量：燃烧产物含一定量O2而无而无COCO或只有极微或只有极微量的量的COCO存在，此时气体具有氧化能力。存在，此时气体具有氧化能力。 还原焰还原焰：燃烧产物含一定量的

8、：燃烧产物含一定量的COCO，此时气体具有，此时气体具有还原能力。还原能力。 中性焰：中性焰：指燃烧气体中既无指燃烧气体中既无O2也无也无COCO，一般只能，一般只能做到接近于中性焰。做到接近于中性焰。 刚度：刚度：指火焰的刚直情况，它与喷出气流的速度有关。指火焰的刚直情况，它与喷出气流的速度有关。流速大，则刚度好。流速大，则刚度好。 102 2 气体燃料燃烧设备气体燃料燃烧设备烧嘴的种类烧嘴的种类2.1 2.1 长焰烧嘴长焰烧嘴A AB BC C煤气煤气煤气煤气煤气煤气煤气煤气空气空气空气空气空气空气空气空气单管式单管式双管式双管式长焰烧嘴长焰烧嘴同心相套同心相套平行的平行的第五节第五节 气

9、体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备图图3 37 7 单管式煤气烧嘴单管式煤气烧嘴图图3 38 8 双管式煤气烧双管式煤气烧11应用较多的是套管式长焰烧嘴，其结构和特点：应用较多的是套管式长焰烧嘴，其结构和特点：空气空气煤煤气气(1) (1) 结构简单，气体流动阻力小；结构简单，气体流动阻力小；(2) (2) 所需煤气压力小；所需煤气压力小； （8001500Pa8001500Pa）(3) (3) 火焰长，要求有一定的燃烧火焰长，要求有一定的燃烧 空间才能完全燃烧。空间才能完全燃烧。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备122.2 2.2 短焰烧嘴短焰烧嘴低压涡流式低

10、压涡流式(DWI(DWI型型) )烧嘴在硅工业、冶金工烧嘴在硅工业、冶金工业中广泛采用。业中广泛采用。A-AA-AA AA A煤气煤气空气空气特点：结构简单，煤气压力要求低特点：结构简单，煤气压力要求低(400800Pa)(400800Pa)， 对燃料要求低。对燃料要求低。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备132.3 2.3 无焰烧嘴无焰烧嘴(1) (1) 在高压煤气的喷射作用下，按比例吸入助燃在高压煤气的喷射作用下，按比例吸入助燃 空气并在烧嘴内混合空气并在烧嘴内混合喷射式无焰烧嘴喷射式无焰烧嘴；(2) (2) 通过加压机将煤气与空气按比例混合后送入通过加压机将煤气与

11、空气按比例混合后送入 烧嘴。烧嘴。混合方式有两种：混合方式有两种： 喷射式无烟烧嘴的基本构造是一喷射式无烟烧嘴的基本构造是一喷射器喷射器，一般为了混合气体的速度在断面上更加均匀，一般为了混合气体的速度在断面上更加均匀，在扩张段后面加一个收缩段，接下去是烧嘴砖。在扩张段后面加一个收缩段，接下去是烧嘴砖。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备14高压煤气高压煤气炉墙炉墙空气吸入口空气吸入口 混合管混合管燃烧通道燃烧通道冷风喷射式无焰烧嘴冷风喷射式无焰烧嘴第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备152.4 2.4 其它类型烧嘴其它类型烧嘴(1) (1) 高速烧嘴

12、高速烧嘴两个过程两个过程(1)(1)空气、煤气完全混合并燃烧至高温；空气、煤气完全混合并燃烧至高温；(2)(2)根据窑内工艺要求，掺和大量的二根据窑内工艺要求，掺和大量的二 次调温风后喷出。次调温风后喷出。根据煤气与一次空气根据煤气与一次空气是否在烧嘴内预混合是否在烧嘴内预混合预混式高速烧嘴预混式高速烧嘴非预混式高速烧嘴非预混式高速烧嘴第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备16一次空气一次空气( (助燃空气助燃空气) )窑砌体窑砌体二次空气二次空气( (调温空气调温空气) )煤气煤气点火孔点火孔混合器混合器燃烧室燃烧室预混式高速喷嘴：预混式高速喷嘴：第五节第五节 气体燃料燃

13、烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备17非预混式高速喷嘴非预混式高速喷嘴考拍维斯特拉高速喷嘴考拍维斯特拉高速喷嘴二次空气二次空气煤气煤气空气空气窑墙窑墙混合区混合区点火孔点火孔燃烧室燃烧室第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备18(2) (2) 平焰烧嘴平焰烧嘴形成一个旋转的园盘形火焰。可防止火焰直接形成一个旋转的园盘形火焰。可防止火焰直接与物料接触，适合隔焰烧成，辐射能力强。与物料接触，适合隔焰烧成，辐射能力强。火焰直径约火焰直径约1.41.7m1.41.7m火焰厚度火焰厚度100200mm100200mm特点：特点：加热均匀，升温快，加热均匀，升温快， 燃耗低，噪音小燃耗低，噪音小厚度厚度直径直径第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备19空气空气煤气煤气点火棒点火棒燃燃烧烧室室(3) (3) 浸没式烧嘴浸没式烧嘴烧嘴浸没在液体中进行烧嘴浸没在液体中进行燃烧，对液体直接加热。燃烧，对液体直接加热。主要用于主要用于玻璃池窑中玻玻璃池窑中玻璃液的加热。璃液的加热。为减少玻璃液内的气泡，为减少玻璃液内的气泡，加速澄清和缩小浸没式加速澄清和缩小浸没式烧嘴的尺寸，可用富氧烧嘴的尺寸，可用富氧空气或纯氧作氧化剂。空气或纯氧作氧化剂。第五节第五节 气体燃料燃烧过程及设备气体燃料燃烧过程及设备20(4) (4) 低低