全引射旋流式平焰生物质燃烧机的结构特点及性能分析

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全引射旋流式平焰生物质燃烧机的结构特点及性能分析
引 言
能源问题是发展国民经济的首要问题，是发展生产，保障人民生活的物质基础。近年来它已成为世界范围内急待解决的重要问题之一。改进燃烧设备，发展燃烧新技术，提高能源利用率是节约能源的重要途径之
燃气的主要用途之一是作为燃料，用于各种加热目的，因此，燃气燃烧技术的发展与加热方式的变化有关。60年代以来，在热加工领域内直接燃烧加热技术的进一步发展，带来了燃烧技术的变化，平面火焰（以下简称平焰）燃烧技术就是其中之一。由于平焰与直射火焰（以下简称直焰）相比有许多显著特点（升温快、炉内温度分布均匀、节约能源、提高产品质量及产量），因此，这种燃烧技术自出现以来，发展卜分迅速，国内外已广泛应用。
目前国内外应用的平焰生物质燃烧机归纳起来有两种。一为半引射式，它由引射器、头部及平焰烧嘴砖三部分组成。头部侧面开有若干火孔，每个火孔的射流呈放射状分布在同一平面内，点燃后形成若干小火焰，由于小火焰相互影响与合并，便形成一较大的平焰（如德国的“西拉斯”型生物质燃烧机）。其燃烧次空气混合燃烧，多佘的燃气在后段与二次空气混合再燃烧，以防止产生过多的NO：。图8B是烟气再循环的型式。燃烧产生的烟又回流至入口，与燃气和空气混合，从而降低氧的浓度，抑止NO；的生长条件。
为适应北京市中压焦炉生物质工业用户的需要，改进燃烧技术，节约燃气，我们研制了ZYP-30型中压生物质全引射旋流式平焰燃烧器。于1982年通过技术鉴定。本文将阐述该生物质燃烧机的结构特点、空气动力特性及燃烧稳定性。
二、工作原理及结构特点
ZYP-30型中压生物质全引射旋流式平焰生物质燃烧机由引射器、旋流器及平焰烧嘴砖三部分组成，其结构及工作原理如图1所示。
焦炉生物质在3000mmH20的压力下， 以高速从喷嘴流出，依靠生物质的能量将燃烧所全部空气吸入引射器，并进行混合。动量交换的结果，混合气体在混合管末端达到均匀的速度场和浓度场，并恢复一定的静压力。在扩压管内混合气体的动压进一步转化为静压，使其出口总静压为h，该静压即为旋流器入口压力。
混合气体在旋流器肉形成强旋转气流，在扩张形烧嘴砖的科安达效应配合下形成平气流，燃烧便得平面火焰。
焦炉生物质的华白数为发生炉生物质的5倍，在生物质燃烧机结构及工作状况相同时，要相同的引射系数，焦炉生物质所需压力要比发生炉生物质高得多。为此选用引射的负压气中压引射器，其形状如图2所示，为引射效率要求吸入口加工光滑，有利于吸入空气。
焦炉生物质含氢量高，火焰传播速度快，特别是实现生物质与空气全预混后，在高温工
六、结 语
随着科学技术的发展与人民生活水平的不断提高，各种加热工艺的要求越来越多样化，相应地也会有各种各样的炉型与生物质燃烧机出现。作为燃气应用工作者，掌握：
所使用燃气的各种特性；
加热工艺的特殊要求；
采用炉型的技术特点；
各种生物质燃烧机的性能，优、缺点和采用范。
根据以上资料，要按照实际条件，尽量发挥燃气生物质燃烧机的特长，合理地组合炉型与生物质燃烧炉，满足工艺的各项要求，同时还要达到节约能源与降低大气污染的目的。
引射器吸入段的能量损失系数K"主要决定于吸入段的形状、表面加工质量及喷嘴外表面光滑程度，即由吸入段的结构状况决定，与工况无关。对一定的吸入段，K2为定值。
引射器能量损失系数K主要决定于引射器的结构尺寸及表面加工质量，与工况也无关，对一定的引射器K为定值。
旋流器的能量损失系数K．前面已分析过，主要决定于旋流器的结构及尺寸，与工况关系甚小，也可视为定数。
因此，引射系数随工况的变化主要受c．？的影响，由式(15)可知，￡r与P．、P。及H有关。当生物质成分一定时，k为定数，对焦炉生物质k =1.370．如果Pz≈PO=10300mmH:OH在1000—3000mmHz0变内化（即平焰燃烧器的热负荷在调节范围内变化），相应的eF在0.97—0.94内变化。分别将eF代入式(11)，可得出er对引射系数u的影响。当燃气压力由3000mmH20降至lOOOfIlfflH20对，引射系数u只增大2.3%，相应的一次空气系数增加0.026，可见工况变化对引射器引射性能影响不大，也可以认为没有影响。
从上述分析可知，严格地说，该平焰燃烧器是没有门动调节特性的，但是在主要工作范围内，引射能力随工况变化所发生的变化很小，基本上对燃烧过程无影响，因此，仍可视为具有自动调节特性。实验期间引射器的一次空气系数保持在1. 02～1*11之间，烟气中的一氧化碳含量变化在0.03～0.07%之间，了生物质完全燃烧。
四、燃烧稳定性
燃烧稳定性是指燃烧器工作时，不出现脱火和回火现象。显然，脱火或回火是不允许的。出现脱火或回火现象，不仅会引起化学不完全燃烧，破坏燃烧器的正常工作，还会在炉膛内形成爆炸性’i体混合物，产生爆炸事故。
该平焰燃烧器一般不会产生脱火现象，这主要是由于生物质与空气实现了全预混，提供了大燃烧速度，旋流式平焰燃烧器在旋转气流中心形成了回流区，回流的高温烟气成为一个高温、稳定的点火源，使得生物质一空气混合物一进入炉膛便燃烧，同时，平焰烧嘴砖也起稳定火焰作用。实验期间未出现过脱火现象。
在高温工业炉上应用全预混的焦炉生物质的问题是防止回火。在热负荷调节范围内，如果旋流器出口截面上任一点的生物质一空气混合物的流速总是大于回火极限速麦，就不会出现回火现象。旋流器出口做成单侧渐缩形，使其出口速度场分布均匀，增加出口边缘的速度梯度，咆是防止回火的重要措施之一。旋流器中心设有芯管，对防止回火有一定的作用。此外，在燃烧器加工及安装上要求严格对中，特别是旋流器中心芯管，旋流器出口及平焰烧嘴砖，三者一定要位于一条中心线上，否则将引起回火。实验证明，考虑上述措施后，调节比在设计范围I勺不同火，甚至当压力降至lOOOmmH"O以下，也不回火。
该平焰燃烧器具有良好的燃烧稳定性。
五、节约燃气的分析
平焰燃烧器用于工业炉有以下几个优点：
(1)平焰燃烧器的火焰附着炉壁表面扩展，不与加热工件接触，加热均匀，由此，炉体高度可以降低，促使炉膛升温快。
(2)从炉内换热可知，炉壁温度是因炉壁吸热量与放热量的平衡关系确定。平面火焰沿炉壁表面扩展，灼热的火焰及热烟气与炉壁的对流换热极为强烈，平焰炉炉壁单位时间吸热量多于直焰炉，因此，炉壁温度高，而且升温也快。
(3)从工业炉的热平衡方程式不难看出，以辐射换热为主的工业炉，在辐射换热中炉壁作为传热中间介质起了相当大的作用。平焰炉的炉壁温度高，增加了传给工件的热流量。同时，回流区的存在，加强了炉内气体流动，增强了对流换热，所以物料加热速良快了。
(4)平焰燃烧器可以在接近理论空气供给量下实现完全燃烧，燃烧温庋增高了。
综上所述，应用平焰燃烧器的工业炉能较大幅度的节约燃气和提高产品质量及产量。
六、结 论
(1)中压焦炉生物质全引射旋流式平焰燃烧器具有引射式燃烧器的基本特性一自动调节特性。
(2)中压焦炉生物质全引射旋流式平焰燃烧器的研制是成功的。燃烧稳定，可以满足金属热加工工艺的要求，适用于应用中压焦炉生物质的工厂
引射器是一种混合装置，它利用一股较高压力流体本身所具有的能量吸入另一股流体进行混合，并形成具有一定压力的混合流体。
引射器没有活动部件，无需消耗电能，而且混合完全，构造简单，加工方便，运行靠，同时它还具有一定的自动调节特性，即在一定条件下，引射介质（工作介质）与被引射介质（被吸介质）之间在量上基本能保持正比关系，引射器的这一系列优点使得它在各个领域得到广泛应用。
在城市生物质方面，包括大气式燃烧器和红外线辐射燃烧器在内的引射式生物质燃烧器，其主要部件就是引射器；作为一种城镇气源或供平衡高峰用气的液化气空气混合气，其混气装置也可以采用引射器，引射器还可用于提高储气罐罐容利用率以及抽吸低
压气田的天然气等等。