加热炉基础知识

加热炉基础知识

加热炉的分类:

1.有纯加热炉，如常压炉、减压炉等；有加热炉反应炉，如裂解炉、焦化炉等。

2.按传热方式分类：有纯对流式炉、辐射对流式炉和辐射式炉。

3.按炉型结构分类：有箱式炉、立式炉等。

4.按燃烧形式分类：底烧式炉、侧烧式炉。

5.按供风形式分类：强制供风炉、自然供风

一、气体燃料的燃烧

气体燃料的燃烧过程，实质上是化学反应，传热与传质，气体运动等基本现象构成的一个综合的物理化学过程。气体燃料的燃烧是气体燃料中的可燃成分在一定条件下和氧气进行的激烈的化学反应。在这个过程中放出大量的热并伴有发光现象。工业就是利用燃料燃烧的放热和发光的性质通过一定的手段加以利用。

无论那种气体燃料，在燃烧本质上都包含以下三个过程。

1、燃料气和空气的混合；

2、混合后的可燃气体的加热和着火；

3、完成燃烧化学反应。

第一个过程：燃料气和空气的混合；

工程上一般燃烧所需空气都是从空气中获得，气体燃料的燃烧需要的提供燃烧所需要的一定数量的氧气。各种燃料完全燃烧所需要的

空气量是不同的（又称燃料完全燃烧的理论空气量）。

气体燃料的燃烧不仅要提供所需要的空气，而且燃料气可空气的均匀混合也是气体燃料燃烧进行的重要条件。

气体燃烧器（俗称火嘴，烧嘴）的设计和操作应对气体燃料与空气的混合给予重视。影响混合的因素很多，主要的有以下几个方面：

1、燃料气与空气的流动方式主要可以归纳为四种，燃料气喷射到静止的空气中；燃料气和空气平行流动；燃料气和空气流动时相互之间有一定的夹角；燃料气和空气呈旋流运动。这四种混合方式在各种不同的燃烧器中都有应用。

2、燃料气的流动速度燃料气的流动速度与火焰的长短有密切关系，在外混式燃烧器中，燃料气流速过大，会引起脱火；在半预混燃烧器中，燃料气流速过小会引起回火。

3、燃料气，空气的相对速度二者之间的相对速度也对混合有极大的影响，速度差越大，混合就越快。从加速混合的角度来说，希望燃料气和空气混合时的速度差大一些比较好。

4、燃料气流直径的影响气流直径越大，完全混合的时间越长。为了加速混合，可以将大股气流分成若干小股气流。这就是一些大功率的燃烧器有多个燃料气喷嘴的原因。

5、燃料气的发热值当其他条件相同时，燃料气的发热量越大，燃烧需要的空气量就越多，其混合时间也就越长。当炉子的燃料由热值低的燃料改为高热值燃料时，为了保证其完全燃烧，燃烧器在设计时需要注意改善燃料气与空气的混合条件。这个也是一个燃烧只能适

配一定种类燃料的原因。

6、空气过剩系数增大空气过剩系数，可以加速混合，使火焰变短，反之则混合缓慢，火焰拉长。这两种情况都有一些实际利用的例子。

在使燃料能完全燃烧的情况下希望空气过剩系数越低越好。但过低可能造成燃烧不完全，而过高将增加了炉内空气量，降低炉子的热效率，对于强制通风或引风，还将增加动力消耗，烟气中的氧含量过多也将增加对炉管和其他部件的损失。

第二个过程：混合后的可燃气体的加热和着火。

燃料气与空气充分混合后并不能使燃料燃烧，要使燃料气燃烧还需要使燃料气达一定的温度，这个温度俗称着火温度。为了使燃料达到着火温度，工程上开工时一般是人工点火或电点火。在炽热的炉膛内，烧嘴砖以及回流的高温烟气等都可以使得新燃料气很快加热到着火温度并达到稳定的燃烧。

第三个过程：完成燃烧化学反应。

燃料气和空气的混合物达到其着火温度之后，就立即开始剧烈的氧化反应过程，并放出大量的光和热，这就是可燃混合物的燃烧反映阶段。

气体燃料的燃烧时间由两部分组成。燃料气与空气的混合时间较长而燃烧反应的时间很短。在扩散燃烧时，由于燃料气与空气的混合时间远较燃烧反应时间长，燃烧时间主要取决于燃料与空气的混合时间。所以扩散燃烧时燃料燃烧时间较长，火焰形状呈长火矩形。

预混性燃烧时，燃料气与空气在着火前已经混合好了，燃烧时间主要决定于燃烧反应时间。燃烧反应时间短，燃烧反应速度快。

二、气体燃料的燃烧方式

气体燃料的燃烧方式以其在燃烧前与空气的混合情况可以分为三种类型。1、扩散燃烧；2、预混燃烧；3、半预混燃烧。燃料气与空气的混合方式不同，燃烧状态也不相同。

1、扩散燃烧；

燃料气未与空气先混合而进行的燃烧为扩散燃烧。一般是将燃料气直接通入炉膛中，燃料气与助燃空气边混合边燃烧。这是典型的扩散燃烧的例子。

通常所说的扩散燃烧有两中形式，层流扩散和紊流扩散。层流扩散是分子之间的扩散，紊流扩散是燃料气分子团与空气分子团之间的转移。紊流燃烧时，火焰表面被破坏，气体混合物分裂成许多微小的分子团散布在燃烧产物中燃烧，使得火焰面积增大，燃烧速度加快。

扩散燃烧火焰稳定性好，不会发生回火现象。脱火的可能性也很小。只有当气流的初速度超过某一极限值，周围的空气有供给不足或分子扩散的空气量过多，燃料气被空气冲淡时才可能发生脱火。

扩散燃烧的优点是可以在较大范围内改变燃料气出火孔速度，使负荷变化范围大。但扩散燃烧火焰较长，容积热强度比较小；需要的过剩空气系数较大；容易造成燃烧不完全。

2、预混燃烧，半预混燃烧

气体燃料在燃烧前就部分或全部与空气均匀混合好，这种燃烧方

式为半预混燃烧或预混燃烧。

观察气体燃料从扩散燃烧逐步地改变成半预混燃烧的变化过程可以更加清楚地了解半预混燃烧燃烧，预混燃烧的特点。

在扩散燃烧时，火焰的形状是长矩形，火焰内部是燃料气，外部是助燃空气，燃料气与空气的混合是依靠扩散方式进行。当开始预混空气后，火焰的形状开始发生变化。当一次空气系数a<1时，火焰由两个锥体组成。内锥体燃料气与空气是预混的，为动力燃烧，外锥体则是燃料气与空气的扩散燃烧。这种火焰结构就是本生火焰。（本生火焰造型请zsx加个图片吧。我知道你有，就麻烦你了。）随着一次空气系数a的增大，火焰逐渐变短。当燃料气与空气在燃烧前已经全部混合均匀时，如果出口处有高温火源时，就形成无焰燃烧。

在石油化工工业炉上半预混燃烧的气体燃烧器得到广泛的应用。

我主要和大家聊聊火焰传播速度，燃烧脱火和回火。

1、火焰传播速度

完全均相的可燃混合物着火后在着火处形成了燃烧焰面。焰面之后是高温的燃烧产物，之前是尚未燃烧的可燃混和物。由于可燃混合物的热传导和所形成的温度差，热量便开始向前传播，邻近的未燃气层的温度便升高，达到着火温度后就形成了新的燃烧焰面。这种燃烧焰面不断向未燃气体方向传播的现象叫做火焰的传播过程，垂直与燃烧焰面的传播速度在一定条件下可以用实验方法测得。这个速度一般称为法向火焰传播速度或火焰传播的基本速度。