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气体燃料和液体燃料高速烧嘴的构造和工作原理
类别:传统陶瓷—窑炉与烧成—窑炉附属设置   浏览人数:2285   发布时间:2001-4-30
 
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    高速烧嘴的雏形在60年代之前已经出现。1962年美国人Bickley发明了一种所谓调温高速烧嘴,即首先使燃气在燃烧室内进行"完全"的燃烧,然后用二次空气(调温空气)来调节喷出焰气的温度。调温空气的掺入可产生大量而且与窑内温度相近的高速气流,加上合理地布置烧嘴,则可在窑内形成强烈的可控制的气流循环,同时解决窑内火焰上浮的问题,使窑内温度均匀,对流给热系数明显增大,从而显著地缩短烧成时间,且产品品质和产量大幅度提高,每窑燃耗和单位产品燃耗明显下降。随后,原联邦德国、原苏联、英、法等国先后研制出多种高速烧嘴。
     高速烧嘴的主要特征是焰气从烧嘴中以很高的速度喷出,通常在70m/s以上,有的甚至高达200~300m/s,而传统的烧嘴其焰气的喷出速度仅在30~40m/s以下。焰气喷出速度介于二者之间的常称为中速烧嘴。高速烧嘴前燃气与空气的压力高,火焰喷出口的直径小,因而高速烧嘴的焰气喷出速度高。但应注意,高速烧嘴所要求燃气与空气的压力与焰气喷出速度的平方成正比,喷速增大,要求的压力急剧上升,能耗增加。一般而言,随焰气喷出速度的提高烧嘴产生的噪音增加。另外,焰气喷出速度增加,对喷口内壁的冲刷作用增强,也会缩短烧嘴的使用寿命。因此,烧嘴焰气的喷出速度应按工艺的要求选定。现代陶瓷窑炉高速烧嘴的焰气喷出速度在70~100m/s左右。
     由于焰气喷速大,焰气中如有在高速烧嘴中未能完全燃烧的未燃物也难以在温度较低的窑室内燃烧完全,以致造成较大的化学未燃损失。因此,高速烧嘴要求尽量强化混合燃烧过程,以尽量降低焰气中未燃物的含量。
     利用高速烧嘴产生的焰气,以高速直接喷向物料表面。高速焰气减薄物料表面的气体层流底层,显著增大了对流给热系数和传热速率,称为"冲击加热"。
     陶瓷窑炉利用高速烧嘴焰气喷出的速度带动周围的烟气在窑内循环,形成强烈的搅拌,使窑内温度和气氛均匀,强化传热,从而提高产品品质和产量。
     调温高速烧嘴是指焰气的温度可以利用调温空气在很大的范围内调节的高速烧嘴,它适用于间歇式窑炉及连续式窑的预热带。当焰气的温度调节至与窑内的温度接近时,高速喷出的焰气射流在沿喷射方向上温度基本保持不变(等温),常将在这种情况下工作的调速高速烧嘴称为"等温高速烧嘴"。这种等温高速射流强烈搅动窑内气体,使窑内温度和气氛都十分均匀,可快速安全地加热制品,缩短烧成时间,提高烧成合格率。
     调温高速烧嘴和结构较为复杂,在窑炉上还要多设一条调温空气管道和相应的调节控制装置,为此,又发展了过剩空气高速烧嘴,该类烧嘴允许大于理论燃烧所需空气量的几倍,甚至20倍的空气进入燃烧室,但只有助燃所需的空气与燃气混合燃烧,过剩的空气在燃烧室内逐渐与焰气掺混,然后高速喷出。它只需一条空气管道和相应的调节控制装备,简化了窑炉的结构,降低了造价,但相应的调节灵活性就要差一些。另外,在中、低温时,燃烧室被大量的过剩空气所冷却,温度下降,燃烧反应速度也会降低,运行的可靠性、安全性下降,燃烧的完全程度也会下降。有的过剩空气高速烧嘴限定在较小的空气系数(α=2~4)下操作,相应缩小了调温范围。
     还应说明,在选择高速烧嘴的供热能力(功率)时,不应留有太多的储备。如某高速烧嘴的调节比为10:1,额定能力下的焰气喷出速度为100m/s,但如果正常运转时仅使用该烧嘴的供热能力的30%时,焰气的喷出速度仅有30m/s,其作用与传统的普通烧嘴性能相当,起不到高速烧嘴的搅拌、均化、强化对流传热的作用。近年来,国外开发了高速烧嘴的脉动控制系统,控制高速烧嘴以大火(接近于额定供热能力)和微火(维持能够点着烧嘴的供热能力)交替脉动加热,达到工艺要求的温度,同时使高速烧嘴在大火供热时,能充分发挥其高速焰气的搅拌、均化与强化对流给热的作用。
     现代高速烧嘴与传统烧嘴相比有以下优点:
     (1)燃烧室的容积热强度非常高,可达2.1×108 W/m3,因此燃烧室体积非常小,散热少,燃烧热效率高,而且有利于简化窑体结构,这对发展高温窑炉,节约燃料十分有利;
     (2)由于高速焰气带动窑内气体在整个窑内循环流动,起着强烈的搅拌作用,使窑内温度和气氛都非常均匀,可对坯体进行均匀快速的加热,提高产品的品质和产量,节约燃料;
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