燃烧器火焰的稳定性

1 5 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 在喷嘴内进行 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内火焰传播速度 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 1 1 时 火焰稳定区域并不宽 尤其当 1 1 时 稳定区 域更加狭窄 当 1 略低于 0 75 时 火焰的稳定区域比较宽阔 运行比较可靠 当 t 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 2 5 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 使燃烧在燃烧道内进行 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 1 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 1 的工况 可改善火焰稳定性 3 5 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内以较低的速度流出 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 4 5 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内结垢 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 当预混物在混合管内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内的脉动 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 5 5 它的阻力却增加了 5 引射式喷嘴的混合管内表面应光滑平整 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