工业炉设计 7章(93-106)

第七章燃料燃烧装置及其选择与计算

用来实现燃料燃烧过程的装置称为燃烧装置。燃烧装置的基本作用是要组织燃料在炉子中的燃烧过程，从而保证炉子的经济效果和物料的良好加热。

对燃烧装置一般有如下要求：

①在炉子所需要的热负荷（B实Q低）条件下，保证燃料的充分完全燃烧。（对于工艺上要求不完全燃烧的除外）；

②能根据炉温制度变化的要求，在规定的供热能力变化范围内，保证稳定的燃烧过程（要求具有一定的调节比）；

③按照炉型和加热工艺的要求，保证火焰有一定的外型（保证火焰长度、铺展面及火焰刚度等）；

④保证安全生产，便于操作和维修；

⑤便于实现自动调节。

因此，必须根据燃料的燃烧特点，采用合理的燃烧方法，选用适合这种燃烧方法的燃烧装置或自行设计计算燃烧装置。通常情况下是选用合适的燃烧装置及进行必要的计算。

7.1煤气燃烧装置

煤气燃烧过程有三个阶段，即煤气与空气的混合、将混合物加热至着火温度和完成燃烧过程。其中煤气和空气的混合是主要的，混合过程的快慢将直接影响到煤气燃烧速度和火焰长度。

当煤气和空气混合物向炉内的喷出速度小于火焰传播速度时，将产生回火现象，这是很危险的；反之煤气和空气混合物向炉内的喷出速度大于火焰传播速度时，又会产生脱火现象，同样也是很危险的。因此，在选择燃烧装置（亦称煤气烧嘴）时，其特性参数（煤气、空气压力和空、煤气预热温度等）一定要根据生产现场的条件。选择相应的燃烧装置；反之，当燃烧装置选定后，生产现场的工艺条件一定要满足其特性参数的要求。

根据煤气和空气在燃烧前的混合程度的不同，分为有焰燃烧和无焰燃烧，相应的烧嘴也分为有焰烧嘴和无焰烧嘴。

7.1.1有焰燃烧及其烧嘴

（1）有焰燃烧的特点

①煤气和空气在烧嘴里分两路各自流出（套管式烧嘴：中间走煤气，外环走空气），在炉内边运行边混合边燃烧，所以混合速度慢，燃烧火焰长，在火焰长度上其温度分布较均匀。

②要达到完全燃烧，要求空气消耗系数较大，一般情况下n=1.15~1.25。

③由于燃烧速度慢，煤气中的碳氢化合物易热解而析出炭粒，提高了火焰黑度，可增加火焰对物料的辐射传热。

④由于煤气与空气在烧嘴外（炉内）混合，所以空气和煤气的预热温度可不受限制，因此可根据工艺情况，尽量提高空、煤气预热温度，节约燃料。

⑤要求空、煤气的压力较低（煤气压力为500~3000Pa，空气压力为2000~5000Pa），动力消耗较低。

⑥烧嘴能力大，结构紧凑、布置安装方便。

（2）有焰烧嘴

①煤气低压涡流式烧嘴（DW-I型）

这种烧嘴目前在工业炉上应用较广。其特点是结构简单、紧凑（烧嘴安装间距可小于400mm），要求烧嘴前煤气压力低（最小压力为400Pa，正常为800Pa，最大压力不大于

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94 1000Pa ），要求烧嘴前空气压力正常为2000Pa ，当空气压力大于2500Pa 时，燃烧能力增加。这种烧嘴可燃烧干净的发生炉煤气、混合煤气、焦炉煤气。若把煤气喷口缩小或在煤气喷口中加涡流片或节流圈，也可以燃烧天然气。该烧嘴型号及燃烧能力见表7-1。

表7-1 煤气低压涡流式烧嘴燃烧能力（标m 3

/h ）及煤气喷口直径(mm)

说明：表7-1中的数值是烧嘴在煤气压力为800Pa ，空气压力为2000Pa ，空(煤)气不预热（常温），且对应一定煤气低发热值Q 低情况下的额定燃烧能力。如果空气(或煤气)预热，燃烧能力将有所降低。空气或煤气预热后的实际燃烧能力可按下式计算： 273

1t

V V t +=

额

式中：V t —空气或煤气预热后的燃烧能力，标m 3/h ； t —空气或煤气预热温度，℃；

V 额—表7-1中标注的额定燃烧能力，标m 3/h 。

如果空气或煤气预热后仍要保持原定烧嘴的燃烧能力，则可提高烧嘴前空气或煤气压力。所需压力按下式计算：

Pa P t P t 冷

⎪⎭

⎫ ⎝

⎛+=2731 （7-2）

式中：

P 冷，P t —分别为空气或煤气不预热时（P 冷煤气=800Pa ，P 冷空气=2000Pa ）和预热到t ℃的

压力，Pa ；

t —预热温度，℃。

其它条件不变时，通过改变风压可改变烧嘴的燃烧能力。即：

2)(冷

实额P P V V = （7-3）

式中：P 实—实际供风压力，Pa 。

如果实际煤气低发热值Q 低实与烧嘴对应燃烧能力下的额定低发热值Q 低有一定差别时，为了保持烧嘴燃烧能力（标m 3/h ）不变，供风压力可近似按下式计算：

冷

低低实P Q Q

P 2)(= （7-4）

② 热脏煤气烧嘴（MDK 型）

表7-2 热脏煤气烧嘴技术指标

标m 3/h （7-1）

件见表7-2。

③低压天然气烧嘴（DT型）

表7-3 低压天然气烧嘴技术条件

低

燃烧能力和技术指标见表7-3。

④天然气平焰烧嘴（TP2型）

表7-4 天然气平焰烧嘴技术条件

7.1.2无焰燃烧及其烧嘴

（1）无焰燃烧的特点

①燃烧速度快，整个燃烧过程在烧嘴砖内就可完成，火焰很短，进入炉膛内只是高温气体，看不到火焰，故称无焰燃烧；

②因为煤气和空气在烧嘴内已混合均匀，所以达到完全燃烧时空气消耗系数较小，一般取n=1.03~1.05；

③高温区比较集中，由于n值较小，燃烧温度比有焰燃烧时高；

④由于燃烧速度快，火焰中的游离炭粒较少，所以火焰的黑度比有焰燃烧时小；

⑤因为煤气和空气在烧嘴内预先进行混合，所以空气和煤气的预热温度不能太高，最高温度一般要低于350~450℃，否则易产生回火；

⑥为了防止因回火而发生爆炸，烧嘴能力一般比较小。

（2）无焰燃烧烧嘴

目前广泛使用的无焰燃烧烧嘴是喷射式无焰烧嘴。喷射介质可以是煤气，也可以是空气。一般是煤气（冷煤气或预热煤气）作为喷射介质，空气被带入（冷空气从大气中吸入，热空气由空气管道供送）。

表7-5 煤气喷射式烧嘴技术指标

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