金属纤维燃烧器的燃烧特性研究.doc

金属纤维燃烧器的燃烧特性研究摘要：本文介绍一种新型的燃烧器一金属纤维燃烧器。它不同于普通的燃烧器，具有升温快、冷却快，燃烧效率高、污染物排放量低等特点。本文分析了金属纤维燃烧器在不同工况下的燃烧性能和排放性能，供燃烧器设计参考。关键词：金属纤维燃烧器、低NOx、火焰稳定性、燃烧特性 1概况为了最大限度的利用能源和减少环境污染，一种新型的燃烧方式一金属纤维表面燃烧诞生了。它不仅具有红外燃烧的特点，而且低污染排放的特点引起了人们的广泛注意。金属纤维燃烧器的头部是由极细金属纤维制成的。金属纤维既可以烧结在一起，形成刚性而多孔的板材，也可以通过纺织过程制成柔软的织物。两种结构都提供了透气性很强的均匀介质。既可以在热辐射模式下又可以在蓝焰模式下燃烧，而且能在两种模式下实现燃烧平移转换。金属纤维燃烧器具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。这给予了燃烧器超常的使用寿命。当燃烧器在封闭的环境中，表面温度和辐射效率将会提高。金属纤维燃烧器长寿命工作的最高温度为1100。(1)金属纤维燃烧器具有抗热冲击性能，由于采用了100的金属，金属纤维燃烧器甚至可以经受极限状态的热冲击。水泼在燃烧器的表面上将会被蒸发，而不会在燃烧器表面留下任何损坏的痕迹。此外，金属纤维燃烧器还具有良好的抗机械冲击性能、逆火安全性能和快速冷却性能。金属纤维燃烧器的柔性，使燃烧器的头部可以做成任何形状。如扁平形、圆筒形、圆锥形、凹形、球形等。金属纤维燃烧器红外辐射的特性和低污染排放的特点，使其应用于很多行业，包括家用烤箱、工业炉、食品行业、纺织业、汽车业、玻璃制造业、钢铁铸造业等。 2工作原理金属纤维燃烧器属于预混气体表面燃烧。预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表面层进行燃烧。燃烧以两种方式进行，既红外热辐射方式和蓝焰方式。(2)红外热辐射方式是可燃混合物在织物内部进行燃烧，金属纤维织物被加热至白炽状态，一部分热量以辐射方式释放。蓝焰方式是可燃混合物在织物上方燃烧，火焰承蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放。由于金属纤维织物的均匀透气性和燃气与空气的均匀预混，燃烧十分稳定和温度分布均匀，没有局部高温存在，因此抑制了NOx的生成。预混又有足够的空气供给，故C0的排放也低。 3金属纤维燃烧器的燃烧实验 31 金属纤维燃烧器在敞开空间的燃烧实验金属纤维燃烧器在敞开的大气环境中燃烧，研究在不同过剩空气系数下，NOx、CO排放量随火孔热强度的变化规律。主要实验数据如下：表1 不同火孔热强度、不同过剩空气系数CO排放量一次空气系数a=1.1火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719CO(a=1)(ppm)30.530.932.132.037.036.737.235.640.241.742.1一次空气系数a=1.2火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719CO(a=1)(ppm)21.321.822.025.026.026.727.829.225.626.930.1一次空气系数a=1.3火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719CO(a=1)(ppm)13.815.615.916.020.020.121.519.820.120.517.6火孔热强度q(wmm2)图1不同过剩空气系数CO排放量表2 不同火孔热强度、不同过剩空气系数NOx排放量一次空气系数a=1.1火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719NOx(a=1)(ppm)68.192.592.996.0112.0121.0125.0128.0132.0136.0142.0一次空气系数a=1.2火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719NOx(a=1)(ppm)57.259.059.361.063.063.965.167.372.180.189.5一次空气系数a=1.3火孔热强度(W/mm2)0.6040.6910.7530.8780.9981.1281.3671.4271.5081.5811.719NOx(a=1)(ppm)36.340.141.245.049.050.751.547.236.239.242.7火孔热强度q(wmm2)图2不同过剩空气系数NOx排放量 32金属纤维燃烧器在燃烧室内的燃烧实验把燃烧器头部面积为1950mm2、型号为KZ30176(纤维直径为30m，单位重量为17kgm，厚度为6mm)的长方形金属纤维织物燃烧器在封闭的环境下进行燃烧稳定性实验。实验在两种状态下进行，首先进行下烧(燃烧器头部朝下)，烟气从下部排出，然后进行对比实验上烧(燃烧器头部朝上)，烟气从上部排出。实验结果如表3表3 金属纤维燃烧器脱火数据金属纤维燃烧器(上烧式)脱火数据火孔热强度(W/mm2)4.0853.8513.3352.9212.6242.2982.1281.6701.4801.0134.085一次空气系数a1.4081.4281.4391.4571.5261.5271.5331.5441.571.6041.408金属纤维燃烧器(下烧式)脱火数据火孔热强度(W/mm2)4.1483.8223.5883.2422.8142.5072.1181.7231.4561.1244.148一次空气系数a1.4861.5161.5191.521.5291.5341.541.5471.5561.5931.486一次空气系数图3金属纤维燃烧器(上烧式)脱火曲线一次空气系数图4金属纤维燃烧器(下烧式)脱火曲线为了便于比较，现把金属纤维燃烧器的上烧式和下烧式脱火曲线列于同一坐标中：一次空气系数图5金属纤维上烧和下烧脱火曲线比较 4 结论(1) 上烧式和下烧式金属纤维燃烧器在q1040Wmm2及a=1416，均未发生回火现象。(2) 在同一火孔热强度下，下烧式燃烧脱火的一次空气系数较上烧式略大，这说明下烧式更不容易脱火，燃烧比较稳定。(3) 由于金属纤维燃烧器具有燃烧稳定性好，负荷调节范围大，热效率高，燃烧污染物(NOx、CO)排放低等优点，它可广泛应用于气体燃料的燃烧。参考文献：1COTECH Advanced combustion technology Metal Fibre Burner2COTECH Advanced combustion technology Metal Fibre Burner Applications3傅忠诚等燃气燃烧新装置1984中国建筑工业出版社4日本煤气协会煤气应用手册1989中国建筑工业出版社5Fenimore，CP，Thirteenth Symposium on Combustion，The Combustion lnstitute，1972，p3736同济大学等，燃气燃烧与应用1988第二版中国建筑工业出版社7BoWman，CT，Kineticsof Pollutant Formation and Destruction in Combustion，ProgEnergy CombustSci，1975，1，p33p458金志刚燃气测试技术手册1994天津大学出版社9周承禧煤气红外线辐射器1982建筑工业出版社10金志刚等开发金属纤维燃烧器一提高天然气的应用技术城市管理与公用科技2002411Infrared technology and applications XXVI30 July-3 August 2000，San Diego，US