燃燒裝置設(shè)計(jì)

1、燃燒裝置設(shè)計(jì)收藏打印評(píng)論分享來源：成都鋼鐵網(wǎng) 編輯：立文2008年08 月 02 日 00:00燃燒裝置設(shè)計(jì)（design of combustion devices）燃燒裝置是用于各種工業(yè)爐的供熱，對(duì)各種燃料進(jìn)行可控燃燒的器具。按照 燃料種類可以分為煤氣燃燒器、油燃燒器和煤（或焦炭）燃燒器。煤氣、油和粉煤 燃燒器稱為燒嘴，塊煤（或焦炭）燃燒器稱為爐算、爐排或其他專用名稱。此外還 有一種使燃燒產(chǎn)物在管內(nèi)流動(dòng)、燃燒熱量通過管壁傳出的燃燒器，通常稱這種燃 燒器為輻射管。輻射管不宜使用固體燃料和重質(zhì)燃料油。燃燒器應(yīng)具有以下基本特性：（1）火焰穩(wěn)定；（2）能調(diào)節(jié)燃燒量并有一定的調(diào) 節(jié)范圍；（3）在限定

2、空間內(nèi)達(dá)到完全燃燒；（4）燃燒性能不受環(huán)境（例如爐壓波動(dòng)、 氣候風(fēng)向等）影響；（5）符合環(huán)境保護(hù)要求；（6）堅(jiān)固耐用、操作維護(hù)方便等。燃 燒器設(shè)計(jì)之前應(yīng)明確：燃料種類，燃料發(fā)熱值；燃燒能力及能力的調(diào)節(jié)范圍；空 氣或燃料的溫度和壓力；對(duì)火焰形狀及剛度的要求等。設(shè)計(jì)制造的燃燒器，其特 性應(yīng)通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。隨著燃料燃燒技術(shù)的發(fā)展，世界工業(yè)化國家都不斷開發(fā)、研制和生產(chǎn)各種燃 燒器，以滿足工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的需要。中國50年代為工業(yè)爐配套設(shè)計(jì)的燃燒器，大量采用高壓煤氣噴射式燒嘴和手工加煤爐排，也設(shè)計(jì)了少量燒焦?fàn)t煤氣的渦流式燒嘴，燒熱發(fā)生爐煤氣的細(xì)孔式燒嘴及低壓霧化油燒嘴等。60到70年代，中國通過

3、對(duì)各種燃燒器的多項(xiàng)試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了用于加熱爐的水平往復(fù)爐排、 油風(fēng)比例調(diào)節(jié)的低壓霧化油燒嘴、自身預(yù)熱燒嘴、平焰燒嘴以及各種天然氣燒嘴， 并建立了各種燒嘴的實(shí)驗(yàn)室。80年代以后，還設(shè)計(jì)和研制了具有當(dāng)代先進(jìn)水平 的油氣兩用燒嘴、火焰長度可調(diào)燒嘴、平焰直焰可轉(zhuǎn)換的雙焰燒嘴、高速燒嘴、 輻射杯燒嘴等。燒嘴點(diǎn)火和火焰檢測等設(shè)施也有相應(yīng)的發(fā)展。燒嘴設(shè)計(jì)包括煤氣燒嘴、油燒嘴和煤粉燒嘴的設(shè)計(jì)。燒嘴作為爐子的供熱設(shè)施，具有以下作用：（1）組織火焰，使火焰形狀、剛度及燃燒性能滿足爐 子供熱和工藝要求；（2）調(diào)整爐壓分布；（3）引導(dǎo)爐氣流向，實(shí)現(xiàn)（或限制）爐氣循 環(huán)；（4）強(qiáng)化傳熱，降低熱耗等。燒嘴作用的發(fā)揮除與燒

4、嘴本身結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還 與燒嘴布置、燒嘴的安裝位置、安裝角度以及爐子的結(jié)構(gòu)和型式等有關(guān)。因此燒 嘴設(shè)計(jì)要與爐子設(shè)計(jì)密切配合，使燒嘴的作用得以充分發(fā)揮。煤氣燒嘴設(shè)計(jì)由于用途不同和燃料條件不同，煤氣燒嘴種類較多。常用的有 氣流平行式燒嘴、渦流式燒嘴、平焰燒嘴、火焰可調(diào)燒嘴、噴射式燒嘴、高速燒 嘴、自身預(yù)熱燒嘴、低氧化氮燒嘴、大氣燒嘴等。這些燒嘴的燃燒過程可分為三 類：一類是煤氣與空氣分別由兩個(gè)通道供入， 在燒嘴出口附近相遇，邊混合邊燃 燒，統(tǒng)稱為有焰燒嘴，例如上面列出的氣流平行式燒嘴和渦流式燒嘴等；另一類是煤氣與空氣預(yù)先混合，燃燒前已混合均勻，從噴口噴出，迅速燃燒，稱為無焰燒嘴，例如噴射式燒嘴。這兩

5、類燒嘴的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。還有一類是燃燒需要的部分空氣從燒嘴噴口周圍的大氣中補(bǔ)充供給，稱為大氣燒嘴。I19K煤氣LT氣分配器圖1煤氣燒嘴a 一有焰燒嘴I 6 一無焰燒嘴（1）有焰燒嘴。設(shè)計(jì)內(nèi)容有各部位流速的確定、火焰長度的設(shè)計(jì)、燒嘴前空 氣和煤氣壓力的計(jì)算以及火焰穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等。煤氣有焰燒嘴的火焰容易組織，燃燒能力的適應(yīng)范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，空氣可預(yù)熱到較高溫度，能用于多種煤氣，因 此是應(yīng)用范圍最廣的一類燃燒器?？捎糜诟鞣N加熱爐、熱處理爐、干燥爐及熔化 爐。燒嘴各部位的煤氣、空氣流速須根據(jù)允許的壓力損失來確定。入口流速一般為715m）/s（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；出口混合氣體流速，一般中、長火焰燒嘴約為2570

6、m / s（在燃燒前氣流溫度下），對(duì)于平焰燒嘴按軸向分速度計(jì)算為 914m/s，對(duì) 于高速燒嘴為100180m/ s（在燃燒后氣流溫度下）。出口流速的選擇按火焰剛 度要求確定，要求火焰剛度大、射程遠(yuǎn)的取上限，燒嘴前空氣或煤氣壓力低時(shí)取 下限。燒嘴前空氣壓力一般為1.54kPa,煤氣壓力為0.82kPa,近似值可用燒 嘴總阻力系數(shù)按下式計(jì)算：Pk=0.5 Z kWp，Prr=0.5k Z mWp式中Pk和Pm分別為燒嘴前空氣壓力和煤氣壓力，Pa； Z k和Z m分別為空氣 和煤氣的燒嘴總阻力系數(shù)，對(duì)于渦流式燒嘴和火焰可調(diào)式燒嘴，Z k=1.53.5，Z日.22.0，對(duì)于平焰燒嘴Z k=30180

7、，Z m=20130; W為燒嘴出口混合氣 體軸向流速，m/s; p為混合氣體密度，kg/m。應(yīng)該通過試驗(yàn)取得燒嘴前空氣 和煤氣壓力的數(shù)據(jù)?；鹧骈L度以燒嘴噴出口直徑D的倍數(shù)來表示，長焰燒嘴的火焰長度可達(dá)80 100D,短焰燒嘴為5200影響火焰長度的因素有：空氣煤氣的混合條件，火 焰噴出的擴(kuò)張角， 混合氣體噴出速度等。 平焰燒嘴是短焰燒嘴的極端狀態(tài)， 強(qiáng)旋 流空氣在特殊形狀的燒嘴磚通道中產(chǎn)生的附壁效應(yīng)使氣流擴(kuò)張成180。，貼附于燒嘴四周爐壁而成為圓盤形火焰，火盤直徑為1015D,厚度則為0.51.5D。長火焰燒嘴適宜于爐膛較長， 沿爐長方向高溫區(qū)較長的連續(xù)式加熱爐或熱處 理爐。對(duì)于布置在爐子側(cè)

8、面的燒嘴， 要選擇火焰長度適合爐子寬度的燒嘴或火焰 長度可調(diào)燒嘴。 短焰燒嘴一般用于爐膛較小的連續(xù)或間斷操作的爐子。 平焰燒嘴 有均勻鋪展開的薄層火焰， 可以使?fàn)t內(nèi)工件直接接受火焰的均勻加熱， 爐壓分布 也較均勻， 適用于各種加熱爐、 熱處理爐和熔化爐。 很多大型步進(jìn)式加熱爐也大 量采用了爐頂平焰燒嘴。 高速燒嘴適用于要求爐內(nèi)氣流強(qiáng)烈循環(huán)、 加熱均勻的低、 中溫?zé)崽幚頎t?；鹧娣€(wěn)定性也是燒嘴設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 要求燃燒連續(xù)和穩(wěn)定， 無脫火、回火、 斷續(xù)爆燃及火焰飄忽不定等。 有局部混合氣體回流、 局部有穩(wěn)定的著火源等都是 保持火焰穩(wěn)定的因素。 但火焰能否穩(wěn)定還與煤氣的種類、 發(fā)熱值以及噴出口流速

9、和空氣煤氣配比等有關(guān)，最終應(yīng)通過試驗(yàn)確認(rèn)。(2) 無焰燒嘴。設(shè)計(jì)包括空氣煤氣混合器、燃燒噴頭和燒嘴磚設(shè)計(jì)。混合器 一般采用文氏管噴射方式。 燃料為低熱值煤氣時(shí)常以煤氣噴射空氣。 爐壓為零時(shí)， 調(diào)節(jié)煤氣量能使空氣與煤氣的配比自動(dòng)保持恒定。燃料為高熱值煤氣(8 9MJm以上)時(shí)則往往以空氣噴射煤氣。設(shè)計(jì)的燃燒噴頭應(yīng)能使混合器后氣體靜壓轉(zhuǎn) 化為沿噴頭出口斷面具有均勻速度分布的動(dòng)壓， 以避免回火。 燒嘴磚的設(shè)計(jì)是使 已充分混合的混合氣在磚通道內(nèi)維持正常燃燒。 磚通道的直徑與長度分別為噴頭 出口直徑的 2.42.6 倍與 27倍。燒嘴構(gòu)造見圖 1b。這種燒嘴火焰燃燒迅速， 火炬溫度較高，有利于爐內(nèi)傳熱。

10、 但燒嘴容易回火， 燃燒能力的調(diào)節(jié)范圍較窄， 且空氣預(yù)熱溫度受混合氣體溫度必須低于煤氣著火點(diǎn) 溫度的限制， 很難滿足燒嘴前預(yù)熱空氣的溫度和壓力保持恒定的要求， 煤氣發(fā)熱 量的波動(dòng)還會(huì)影響煤氣與空氣配比。 但由于這種燒嘴結(jié)構(gòu)簡單， 可以靠煤氣直接 從大氣中噴射吸入助燃用空氣， 在煤氣發(fā)熱量穩(wěn)定時(shí)能使空氣、 煤氣自動(dòng)按配比 燃燒，因此可在不需預(yù)熱空氣的低熱負(fù)荷爐子上采用。(3) 大氣燒嘴。設(shè)計(jì)包括噴射器設(shè)計(jì)和燃燒噴頭設(shè)計(jì)。噴射器吸入的空氣量 通常按需要量的 50計(jì)算，其余 50由火焰周圍的大氣供給。噴頭由帶噴孔的 通道構(gòu)成。噴孔出口的氣體流速不超過 24m/s，以避免造成脫火。大氣燒嘴 在冶金工廠

11、一般只用于零星小件的烘烤和工業(yè)爐投產(chǎn)前的爐體烘烤。油燒嘴設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容有油的霧化、配風(fēng)及油和空氣的比例控制。根據(jù) 油的霧化方式， 油燒嘴可分低壓霧化， 高壓霧化和機(jī)械霧化三類。 低壓霧化油燒 嘴也稱低壓油燒嘴或低壓霧化噴嘴。各種油燒嘴的結(jié)構(gòu)見圖2。2 渝堤*給構(gòu)(1)低壓霧化噴嘴。這種燒嘴霧化油的能量來自助燃空氣，因此空氣壓力一 般不低于5kPa,常用值是58kPa,油壓為40300kPa。其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括霧化 噴頭設(shè)計(jì)和比例調(diào)節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)。霧化噴頭使空氣在噴頭出口處高速噴出， 以滿足 霧化能量的需要。噴出速度通常為 7090m s。由于在調(diào)節(jié)燃燒能力時(shí)空氣量 也要隨之調(diào)節(jié)，為了使油霧化仍有足夠的

12、能量，采用改變霧化噴頭出口面積的方 法來調(diào)節(jié)空氣量，使空氣出口流速保持不變。比例調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于空氣和油按比例 供入，使在調(diào)節(jié)霧化噴頭出口面積的同時(shí)也按比例調(diào)節(jié)油量。設(shè)計(jì)要點(diǎn)是使空氣 量和油量都與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開度成線性關(guān)系。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，這種噴嘴常由專業(yè)制造廠制造并銷售。各種規(guī)格的低壓噴嘴燃燒能力約為 5200kg/h，調(diào)節(jié)范圍為6: 1。由于燒 嘴具有空氣和油按比例調(diào)節(jié)功能，因此管路系統(tǒng)簡單，調(diào)節(jié)控制容易，適用于中、 小型加熱爐和熱處理爐。高壓霧化油燒嘴。燒嘴由油槍和風(fēng)殼組成。油槍的作用是用霧化劑將油 霧化并隨霧化劑一起噴出。常用的霧化劑有蒸汽或壓縮空氣，壓力為0.21.0MPa,油壓

13、與霧化劑壓力相近。風(fēng)殼結(jié)構(gòu)與煤氣有焰燒嘴的空氣通道相同，因此高壓霧化油燒嘴的設(shè)計(jì)主要是油槍的設(shè)計(jì)。根據(jù)霧化位置的不同，油槍有外混 式和內(nèi)混式兩種。外混式油槍是霧化劑在油槍出口處以音速或超音速與油相遇，將油股破碎而進(jìn)行霧化。內(nèi)混式油槍是在油槍內(nèi)部設(shè)一混合室，霧化劑第一次以高速(音速或超音速)噴入混合室并與油股相遇使油霧化，霧化后的混合物仍有很高的壓力， 尚可攜帶油霧按一定的方式第二次高壓噴出。外混式油槍油噴口斷面積按伯努利方程計(jì)算，流量系數(shù)可取0.20.4。霧化劑噴口斷面積按高壓氣體噴出方程式計(jì)算。內(nèi)混式油槍的計(jì)算較復(fù)雜，需分段計(jì)算?；旌鲜覊毫θQ于混合室內(nèi)介質(zhì)的密度、溫度和噴出速度。先按混合介

14、質(zhì)噴出速度計(jì)算混合室壓力，再按混合室壓力與混合室前壓力之差計(jì)算進(jìn)油孔面積 和霧化劑入口面積。計(jì)算需反復(fù)多次試算以求出最佳的霧化效果。 高壓油槍技術(shù) 參數(shù)見表。離壓油槍晞欄/MPil力商國/MP*調(diào)節(jié)nw1U愉募比揃用It ke10-6300. 1-,0-20.8G * 10. 331050000. 20+ 9041.0g i I高壓霧化油燒嘴由于燃燒能力大，霧化質(zhì)量好，適用于大、中型加熱爐或熔 化爐。(3)機(jī)械霧化油燒嘴。燒嘴有油壓霧化式和轉(zhuǎn)杯式兩種。油壓霧化式燒嘴由 霧化噴槍和風(fēng)殼組成。霧化噴槍利用油的壓力 (17MPa高速噴出與外界氣流相 沖擊而霧化。由于霧化顆粒較粗，必須使用助燃空氣的動(dòng)

15、能進(jìn)一步霧化。 轉(zhuǎn)杯式 燒嘴是把油送到轉(zhuǎn)速達(dá)30008000r/min的杯形件內(nèi)，使油受離心力緊貼杯內(nèi) 壁并由杯口甩出成切向薄油膜。轉(zhuǎn)杯式燒嘴的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可隨帶鼓風(fēng)設(shè)備，使 空氣在杯口四周噴出將油膜霧化。油壓霧化式燒嘴適用于燃燒能力較大，不需要調(diào)節(jié)范圍大的爐子。轉(zhuǎn)杯式燒 嘴調(diào)節(jié)范圍比較大，適用于各種小型加熱爐、熱處理爐和干燥爐。煤粉燒嘴設(shè)計(jì)煤粉燒嘴的供風(fēng)一般分兩次供入。一次風(fēng)用于維持燃燒火焰穩(wěn)定，約占總風(fēng)量的10%40%,大致與煤粉的可燃基揮發(fā)分百分?jǐn)?shù)相近。 其余空氣二次供入。二次風(fēng)可以預(yù)熱至較高溫度。煤粉由一次風(fēng)攜帶通過燒嘴的 中心部分，在其四周設(shè)二次供風(fēng)通道。一次風(fēng)的流速不得小于15m/

16、 s。將比通常燃燒的煤粉粒度更細(xì)的煤粉與水混合經(jīng)特殊處理可制成懸浮狀煤 水漿。燃燒煤水漿的燒嘴與油燒嘴相似，先將煤水漿霧化后再與空氣混合燃燒。煤粉燒嘴與煤水漿燒嘴可用于各種加熱爐和熔化爐爐排設(shè)計(jì) 爐排有手工加煤爐排、 往復(fù)爐排、鏈?zhǔn)綘t排、 絞煤機(jī)和液體 排渣粉煤爐等。供風(fēng)方式有自然進(jìn)風(fēng)和強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)兩種。小面積爐排也稱爐箅。手工加煤爐排 由單根爐條拼排鋪設(shè)而成。 設(shè)計(jì)通風(fēng)面積占爐排面積的 15%25%。自然通風(fēng)時(shí)燃燒強(qiáng)度為 5080kg/(m2?h)，強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)為100 200 kg (m2? h) 。手工加煤爐排勞動(dòng)強(qiáng)度大，燃燒不均衡，黑煙嚴(yán)重，環(huán)境污染 大。適用于不經(jīng)常使用且燒煤量少的爐子。往

17、復(fù)爐排和鏈?zhǔn)綘t排 往復(fù)爐排由固定爐排片和活動(dòng)爐排片各一半間 隔布置而成。 活動(dòng)爐排片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)煤層， 使煤層呈波浪狀前進(jìn)。 每片爐排 片的寬度為250mm左右。著火區(qū)布置24片不開通風(fēng)孔的爐排片。主燃區(qū)長度 為1.52.5m，由燒煤量決定，其燃燒強(qiáng)度可取 100150kg/ (ml h)。余燼區(qū) 長度為0.51m這一段燃燒強(qiáng)度較低，通風(fēng)孔面積要相應(yīng)減小。鏈?zhǔn)綘t排的爐排片安設(shè)在履帶式鏈條上。 煤層隨履帶移動(dòng)而前進(jìn)。 爐排各燃 燒區(qū)段長度與往復(fù)爐排相同。 由于煤層隨同爐排一起運(yùn)行， 每個(gè)爐排片都有相同 的受熱條件， 其平均使用壽命比往復(fù)爐排長， 更換也較方便。 但往復(fù)爐排在推爐 過程中能將結(jié)塊

18、煤破碎，燃燒比較均勻。這兩種爐排適用于中、小型加熱爐、熱處理爐和干燥爐。絞煤機(jī) 絞煤機(jī)用螺旋輸送器將煤送至爐排進(jìn)行燃燒。煤從爐排下部擠 入，將上部煤層擠到兩邊直至煤渣區(qū)。 對(duì)煤的粒度要求較嚴(yán)， 過粗或過細(xì)在通過 螺旋輸送器時(shí)都會(huì)發(fā)生困難。 由于受加煤方式的限制， 絞煤機(jī)爐排面積不大， 一 般燒煤量不超過250kg/h,只用于小型爐。液體排渣粉煤爐一種粉煤燃燒室， 又稱粉煤預(yù)燃式燃燒器。 燃燒產(chǎn)生的熱量靠煙氣的熱焓送出主工作爐膛?；鹧鏈囟瓤蛇_(dá)16001700C，煤粉燃燒后的灰渣熔成液態(tài)從燃燒室排出。 要求原煤的揮發(fā)分高于 10%、灰分低于 30%、 灰渣熔點(diǎn)低于1490C。這種粉煤爐的調(diào)節(jié)范圍較小，一般為 1: 0.60.7。通過 試驗(yàn)確定粉煤爐的設(shè)計(jì)參數(shù)、操作參數(shù)和調(diào)節(jié)范圍等。輻射管設(shè)計(jì) 輻射管由燒嘴、管體、余熱回收裝置和排煙管等組成。燒 嘴設(shè)計(jì)要求火焰長度能滿足輻射管在長度方向均勻放熱的要求， 可以采用長火焰 燒嘴并采取延遲混合的方法。 管體設(shè)計(jì)是對(duì)管徑、 熱流密度、 表面積及材質(zhì)等參 數(shù)的計(jì)算和選