气体燃料的燃烧过程及设备

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第五节 气体燃料燃烧过程及设备 空气吸入口 混合管
燃烧通道
高压煤气
炉墙
冷风喷射式无焰烧嘴
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
2.4 其它类型烧嘴 (1) 高速烧嘴
(1)空气、煤气完全混合并燃烧至高温； 两个过程
(2)根据窑内工艺要求，掺和大量的二 次调温风后喷出。
预混式高速烧嘴 根据煤气与一次空气 是否在烧嘴内预混合 非预混式高速烧嘴
影响混合的因素：
(1) 煤气与空气的流动方式； (2) 气流速度（相对速度）； (3) 煤气与空气气流的交角、流股(束)直径； (4) 煤气的热值； (5) 空气过剩系数。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
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。
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：
第五节
气体燃料燃烧过程及 燃烧设备
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
1 燃烧过程及方法
(1) 气体燃料与空气的混合 燃烧过程 (2) 混合气体加热至着火温度
(3) 燃烧反应 混合 着火 燃烧 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。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
(2) 所需煤气压力小；
（800~1500Pa）
煤
(3) 火焰长，要求有一定的燃烧
气
空间才能完全燃烧。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
2.2 短焰烧嘴
低压涡流式(DW—I型)烧嘴在硅工业、冶金工
业中广泛采用。
空气
A
煤气
A-A
A
特点：结构简单，煤气压力要求低(400~800Pa)， 对燃料要求低。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
2 气体燃料燃烧设备—烧嘴的种类
2.1 长焰烧嘴
单管式
长焰烧嘴 双管式 平行的 同心相套
A
空气
空气
B
煤气 空气
煤气 空气
C
煤气
煤气
图3－7 单管式煤气烧嘴 图3－8 双管式煤气烧
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
应用较多的是套管式长焰烧嘴，其结构和特点：
空气
(1) 结构简单，气体流动阻力小；
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
3、无焰燃烧法
是指煤气和空气在烧嘴内完全混合（a≥1），喷出
后立即燃烧的燃烧方法。几乎无火焰。
主要特点：空气过剩系数小（a＝1.05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。
近年来随着高速烧嘴的出现，煤气与空气不仅在无 焰烧嘴内混合，而且也可在烧嘴内燃烧，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 般要根据工艺要求来控制火焰的性质及刚度。
(1) 长焰燃烧：完全没混合，也叫扩散式燃烧； (2) 短焰燃烧：部分混合； (3) 无焰燃烧：完全混合。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
1、长焰燃烧特点：
煤气 =0
>1 <1
=1
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(1)边混合边燃烧，燃烧速度慢，燃烧速度取决于流股 (2) 的混合； (2) =1.15~1.25； (3) 火焰较长，且沿火焰长度上温度分布较均匀，
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
预混式高速喷嘴：
煤气 点火孔
燃烧室
混合器 一次空气 (助燃空气)
窑砌体
二次空气 (调温空气)
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
非预混式高速喷嘴 ——考拍维斯特拉高速喷嘴
点火孔 空气
燃烧室
煤气 二次空气
窑墙
混合区
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
(2) 平焰烧嘴
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
性质：指火焰的气氛。有氧化焰、还原焰、中性焰： 氧化焰：燃烧产物含一定量O2而无CO或只有极微
量的CO存在，此时气体具有氧化能力。 还原焰：燃烧产物含一定量的CO，此时气体具有
还原能力。 中性焰：指燃烧气体中既无O2也无CO，一般只能
做到接近于中性焰。 刚度：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。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
2.3 无焰烧嘴
混合方式有两种：
(1) 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——喷射式无焰烧嘴；
(2) 通过加压机将煤气与空气按比例混合后送入 烧嘴。
喷射式无烟烧嘴的基本构造是一喷射器， 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。
可适用于容积和宽度稍大的窑炉；
(4) 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；
(5) 空气、煤气预热温度限制较少；
(6) 煤气压力可较低，一般500~3000Pa即可；
(7) 煤气中烃类易热解析出炭粒，所以火焰黑度较高， 辐射较强；
(8) 生产能力大，烧嘴结构简单，成本低，经济性好。
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第五节 气体燃料燃烧过程及设备
2、短焰燃烧法：
内焰 外焰 <1
煤气与部分空气(<1)在烧嘴内预混合，喷出后靠射 流从周围空气中吸入空气(二次空气)并与之混合、继续 燃烧。火焰由内焰与外焰两个锥体组成。
特点：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 稳定性较差。
为减少玻璃液内的气泡， 加速澄清和缩小浸没式 烧嘴的尺寸，可用富氧 空气或纯氧作氧化剂。
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燃 烧 室
空气
煤气 点火棒
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(4) 低NOx烧嘴 再循环式低NOx烧嘴：
空气
煤气
环形 喷嘴 烟气
利用空气从环形喷 嘴喷出时的喷射wk.baidu.com 用，使一部分烟气 回流到煤气喷嘴附 近，并与空、煤气 掺混在一起，防止 生成局部高温，降 低氧气中NOx的浓 度。
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。
直径
火焰直径约1.4~1.7m
火焰厚度100~200mm
特点：加热均匀，升温快，
厚度
燃耗低，噪音小
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(3) 浸没式烧嘴
烧嘴浸没在液体中进行 燃烧，对液体直接加热。
主要用于玻璃池窑中玻 璃液的加热。