燃烧器火焰的稳定性

燃烧器火焰的稳定性

对于预混式燃料气喷嘴，燃料气和空气的混合物从火孔喷出并被点燃后，不一定都能形成稳定的火焰。当流速很低时，火焰可能逆流传播进火孔，使燃烧在喷嘴进行。这种现象称为回火。当流速很高或:;很大时，火焰将被吹离喷头，后面随之而流出的燃料气和空气混合物根本不能着火。这种现象称为脱火或吹熄。

嫩料气和空气混合物自火孔喷出时，其射流截面上的流速分布是中心高，四周低。而火焰传播速度都是均匀的(只有在靠近壁面的淬熄距离火焰传播速度为零)，有些地方混合物的流速正好等于火焰传播速度，那里就形成一个固定的火焰锋面，即作为整个火焰策源的所谓点火环。只有在这种情况下火焰才是稳定的。

当天然气和空气混合物以层流状态自火孔喷出时，其火焰特性如图7-5所示。从该图可以看出，α1≈1时，火焰稳定区域并不宽，尤其当。α1>1时，稳定区域更加狭窄。当α1略低于0.75时，火焰的稳定区域比较宽阔，运行比较可靠。当αt=0时，形成扩散火焰，它不可能回火，也不易脱火，火焰极为稳定。

管式炉上使用的气体燃烧器，燃料气和空气混合物在火孔出口处一般都处于流速很高的湍流状态，其流速远远超过上述层流状态的脱火区边界。虽然湍流火

焰传播速度比层流的高得多，但仍需采取适当措施来防止火焰脱火。常用的措施有：

（1）使燃烧在燃烧道进行。至少在火焰根部设置然烧道。炽热的燃烧道耐火材料将连续地对可燃混合物进行强迫点燃。

(2)采用α1较低的半预混燃烧器，可以得到较稳定的火焰。

(3)采用多火孔互相交叉喷射，各火孔火焰可互相强迫点燃，保证火焰的稳定性。

(4)缩短燃料气和空气的预混合段长度，有意使其浓度场不均匀，则有些地方燃料气浓度稍高，出现局部区域具有较低α1的工况，可改善火焰稳定性。

(5)采用凹凸不平的燃烧道壁面或火焰附墙壁面，以便产生涡流和回流，使热烟气回流作为强迫点燃的热源。

(6)在靠近火孔处的燃烧道不采用平缓过渡而采用截面突然扩大的办法，造成死角，以便形成较大的死滞旋涡区，使热烟气回流。

(7}在燃料气喷嘴的头部设置低流速的点火环，如图7-6所示，有一小部分预混气体穿过小孔在渐缩管四周的环形空间以较低的速度流出，形成稳定的点火环。而小孔处的流速虽比主气流低，但仍比较高而不致发生回火。

(8)设置稳燃器(见油喷嘴部分)，使热烟气回流，以便对预混物强迫点燃。

造成火焰不稳定的另一个原因是回火。正如前面所述，回火是由于火孔流速低于火焰传播速度引起的。实际上可能有各种原因引起回火，例如由于结构设计不合理或混合管结垢、结冰等原因而使速度场不均匀或各火孔流速差别很大，这时，即使预混物出火孔的平均流速比火焰传播速度大很多，但在局部地方或一部分火孔处流速仍可能低于火焰传播速度而引起回火。又如由于燃烧器在低负荷下运行，或燃料气喷射孔堵塞等原因使火孔流速低于火焰传播速度而回火。再如燃烧器头部冷却不好，预混物温度升高，火焰传播速度增大而引起回火。此外，当预混物在混合管的脉动频率与其燃烧道的脉动频率相等时，将会产生共振。共振一方面产生噪声，另一方面则加剧燃烧道的脉动，这也可能引起回火。

防止回火的方法是以降低火焰传播速度，提高燃料气空气混合物出火孔流速，保证速度场均匀等为前提而拟定的。具体措施如下:

(1)根据燃料气性质，合理选用燃烧方法，如氢含量较高的燃料气(例如催化重整装置的附产气)，不宜采用预混式或半预混式燃料气喷嘴，而应采用外混式燃料气喷嘴。

(2)设计火孔截面时，应考虑最小负荷下燃料气和空气的混合物流出火孔的速度不低于火焰传播速度。

(3)设计燃烧器头部时，应保证火孔出口速度场均匀。

(4)采用较小较深的火孔，最好是火孔截面等于火焰不能传播的临界截面。但火孔深度不宜超过13-15mm，因为更深的火孔不能再提高火焰的稳定性，而它的阻力却增加了。

(5)引射式喷嘴的混合管表面应光滑平整，不应有凹凸不平的缺陷，以免破坏速度场的均匀性和使个别火孔的速度降低。

（6）使用较脏的然料气时，应设置过滤器。当过滤器仍不能防止燃料气喷头和混合管结垢时，应对燃料气进行除垢处理，或采用便于清除污垢的结构，并规定定期清洗的操作制度。

（7）使用含水燃料气时，应设有气水分离器，以免燃料气喷头和混合管在天寒时结冰。

（8）采用导热性能良好的材料制造火孔，可降低燃烧器头部的燃料气和空气混合物的温度，从而降低火焰传播速度以防止回火。

（9）冷却燃烧器头部:对小能量的用空冷(设计散热片)，对大能量的用水冷，降低燃烧器头部的温度，从而降低火焰传播速度。

(10)炉子在低负荷下操作时，应熄掉一些燃烧器，以保证运行的燃烧器负荷不低于允许的最小负荷。