關(guān)于W型輻射管燒嘴的研究

　　研究W型輻射管燒嘴

　　基于間接加熱原理的輻射管加熱技術(shù)有效地避免了被加熱件表面的氧化和脫碳，為在保護(hù)氣氛下進(jìn)行熱處理創(chuàng)造了條件，不會(huì)造成燃燒氣體和產(chǎn)物污染影響產(chǎn)品質(zhì)量，特別適用于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求高的場合。

　　最早的輻射管爐是德國在20世紀(jì)3O年代發(fā)明并使用的，其結(jié)構(gòu)為單層直管式，水平或垂直穿過爐膛，直到50年代初U型輻射管問世，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了w型、套管式I型，以及排氣再循環(huán)的P型和O型等[2]。w型輻射管相對(duì)于其他類型輻射管具有燃燒空間大、傳熱面積大、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也因?yàn)楣艹涕L，影響管內(nèi)火焰長度因素多，沿輻射管長度方向溫度均勻性較差，成為輻射管燒嘴開發(fā)的難點(diǎn)問題。

　　輻射管燒嘴是輻射管加熱裝置的核心部件，它控制著輻射管加熱的功率、溫度分布、熱效率及使用壽命等_3]。合適的燒嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)使輻射管內(nèi)空氣、煤氣的混合達(dá)到適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。

　　若空氣、煤氣混合強(qiáng)度太低，則混合時(shí)間加長，火焰拉長，煤氣沒有完全燃燒，造成不必要的浪費(fèi)，甚至燃燒火焰有可能竄出輻射管的排煙口，降低了輻射管的熱效率，且造成輻射管表面溫度的分布不均勻;若空氣、煤氣混合強(qiáng)度過大，則混合時(shí)間縮短，火焰過短，輻射管末端不能充分加熱，輻射管表面溫度分布也不均勻。

　　根據(jù)生產(chǎn)線技術(shù)改造的需要，研制出1種性能穩(wěn)定且加熱溫度均勻的同軸平行射流擴(kuò)散燃燒式w型輻射管燒嘴。本文詳細(xì)介紹了該輻射管燒嘴的試驗(yàn)研究情況，供燒嘴設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)用參考。
 

　　1.試驗(yàn)燒嘴

        試驗(yàn)燒嘴設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如表1示。

　　試驗(yàn)燒嘴設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意如圖l所示。試驗(yàn)燒嘴主要由煤氣管、煤氣噴頭、空氣管、空氣噴頭、燃燒筒和點(diǎn)火電極等幾部分組成，采取同軸平行射流擴(kuò)散燃燒方式組織燃燒。燃燒主煤氣從中心煤氣管沿輻射管軸向射人，煤氣噴口側(cè)向開有一次煤氣噴孔，少量一次煤氣沿輻射管徑向流出。助燃空氣沿煤氣管外圍與主煤氣同軸平行射人，在空氣噴頭處由燃燒筒分為一次風(fēng)(主空氣)和二次空氣參與燃燒。燒嘴中心出口處設(shè)點(diǎn)火電極，當(dāng)中心煤氣流股與周圍自動(dòng)吸人的空氣流股相接觸，界面上的煤氣和空氣分子互相擴(kuò)散，在某處達(dá)到化學(xué)當(dāng)量比后，一經(jīng)點(diǎn)火，便形成火焰。

　　隨著煤氣和空氣的連續(xù)供人，在輻射管:http://newalcohol.com/tubenews/149.html內(nèi)較長通道上，空氣和煤氣邊擴(kuò)散混合邊著火燃燒，形成穩(wěn)定的平行流動(dòng)的長火焰。在燃燒氣體緩慢流動(dòng)過程中，與輻射管管壁進(jìn)行熱交換，將熱量傳給管壁;同時(shí)氣體本身的溫度逐漸降低，燃燒廢氣從輻射管另一端排出。

　　2.試驗(yàn)裝置和測試系統(tǒng)

       燒嘴試驗(yàn)所采用的裝置系統(tǒng)如圖2所示。為模擬實(shí)際加熱爐內(nèi)的保溫和傳熱條件，特制作了2.2mX1.5m×1m的試驗(yàn)爐，在爐內(nèi)壁襯有100mm厚的石棉纖維毯，爐膛內(nèi)安裝有熱電偶(1號(hào)電偶)，用以測量爐膛溫度。輻射管垂直安裝于爐內(nèi)，管外壁均勻布置25支測溫?zé)犭娕?，連續(xù)監(jiān)測管溫分布。

　　斌驗(yàn)燒嘴安裝于輻射管一側(cè)端頭，助燃空氣由鼓風(fēng)機(jī)供人，試驗(yàn)用煤氣為熱值6688～7106kJ/m。的轉(zhuǎn)爐煤氣，煤氣成分如表2所示。燃燒廢氣經(jīng)排煙機(jī)從輻射管另一端抽出，燒嘴出口處設(shè)零壓面檢測點(diǎn)，并以此控制排煙機(jī)閥門開度。試驗(yàn)用空氣和煤氣流量采用LZB轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢測計(jì)量;各處氣體介質(zhì)壓力采用電子壓力計(jì)測定，管溫和爐溫采用多點(diǎn)溫度記錄儀連續(xù)顯示和存儲(chǔ)。煙氣成分采用德國MRU煙氣分析儀進(jìn)行在線分析。
 

　　3.試驗(yàn)結(jié)果

　　3.1燒嘴點(diǎn)火性能試驗(yàn)

　　試驗(yàn)燒嘴配帶自動(dòng)點(diǎn)火裝置，點(diǎn)火試驗(yàn)時(shí)，觸動(dòng)點(diǎn)火控制器開關(guān)，點(diǎn)火電極開始放電打火，煤氣電磁閥和空氣電磁閥自動(dòng)開啟，煤氣和助燃空氣流入燒嘴，在燒嘴出口處混合，遇火花著火燃燒。當(dāng)火焰檢測探頭檢測穩(wěn)定火焰時(shí)，如著火指示燈點(diǎn)亮，表明燒嘴點(diǎn)火成功，如著火指示燈熄滅，則表明點(diǎn)火失敗，煤氣電磁閥和空氣電磁閥會(huì)自動(dòng)切斷。

　　在冷爐狀態(tài)下進(jìn)行了多種不同工況條件的燒嘴點(diǎn)火試驗(yàn)，結(jié)果表明，該燒嘴點(diǎn)火容易，燃燒穩(wěn)定，點(diǎn)火時(shí)間≤1S。

　　3.2燒嘴流量特性檢測

　　試驗(yàn)燒嘴空氣、煤氣流量特性如圖3和圖4所示。在燒嘴設(shè)計(jì)能力150kW時(shí)燒嘴前空氣壓力為1340Pa，燒嘴前煤氣壓力為370Pa。試驗(yàn)條件下測試燒嘴最小熱負(fù)荷為30kW，燒嘴調(diào)節(jié)比達(dá)1：5，燒嘴能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　3.3煙氣成分分析

　　試驗(yàn)燒嘴在調(diào)節(jié)比范圍內(nèi)穩(wěn)定燃燒，跟蹤監(jiān)測排出輻射管外的燃燒煙氣成分，考察燒嘴燃燒效果，檢測數(shù)據(jù)如表3所示。由表3可見，本試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)燒嘴均能穩(wěn)定完全燃燒，煙氣中氧體積分?jǐn)?shù)不大于2.44、CO體積分?jǐn)?shù)不大于21×1o一、N體積分?jǐn)?shù)不大于98×1o～。由此可見，試驗(yàn)燒嘴燃燒效果良好，有害氣體排放低。

　　試驗(yàn)燒嘴在設(shè)計(jì)能力(150kw)下穩(wěn)定燃燒，改變助燃空氣進(jìn)氣流量，調(diào)節(jié)空氣消耗系數(shù)，跟蹤監(jiān)測排出輻射管外的燃燒煙氣成分，檢測數(shù)據(jù)如表4所示。試驗(yàn)燒嘴在空氣消耗系數(shù)大于1.0以上時(shí)均能穩(wěn)定燃燒，且燃燒完全，煙氣中CO排放低。3.4輻射管表面溫度均勻性試驗(yàn)試驗(yàn)燒嘴在設(shè)計(jì)能力(150kW)下穩(wěn)定燃燒，

　　空氣消耗系數(shù)固定在1.O5狀態(tài)，待試驗(yàn)爐爐溫達(dá)~iJ9oo℃時(shí)檢測輻射管表面各點(diǎn)溫度，繪制溫度分布圖如圖4所示。圖中結(jié)果顯示輻射管表面最大溫差在7O℃以內(nèi)，表明試驗(yàn)燒嘴燃燒火焰長度適中，加熱溫度均勻性好。

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