關于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有效地避免了被加熱件表面的氧化和脫碳，為在保護氣氛下進行熱處理創造了條件，不會造成燃燒氣體和產物污染影響產品質量，特別適用于對產品質量要求高的場合。

　　最早的輻射管爐是德國在20世紀3O年代發明并使用的，其結構為單層直管式，水平或垂直穿過爐膛，直到50年代初U型輻射管問世，并在此基礎上發展了w型、套管式I型，以及排氣再循環的P型和O型等[2]。w型輻射管相對于其他類型輻射管具有燃燒空間大、傳熱面積大、熱效率高等優點，但同時也因為管程長，影響管內火焰長度因素多，沿輻射管長度方向溫度均勻性較差，成為輻射管燒嘴開發的難點問題。

　　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]。合適的燒嘴結構應使輻射管內空氣、煤氣的混合達到適當的強度。

　　若空氣、煤氣混合強度太低，則混合時間加長，火焰拉長，煤氣沒有完全燃燒，造成不必要的浪費，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、煤氣混合強度過大，則混合時間縮短，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。

　　根據生產線技術改造的需要，研制出1種性能穩定且加熱溫度均勻的同軸平行射流擴散燃燒式w型輻射管燒嘴。本文詳細介紹了該輻射管燒嘴的試驗研究情況，供燒嘴設計和生產應用參考。
 

　　1.試驗燒嘴

        試驗燒嘴設計技術參數如表1示。

　　試驗燒嘴設計結構示意如圖l所示。試驗燒嘴主要由煤氣管、煤氣噴頭、空氣管、空氣噴頭、燃燒筒和點火電極等幾部分組成，采取同軸平行射流擴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(主空氣)和二次空氣參與燃燒。燒嘴中心出口處設點火電極，當中心煤氣流股與周圍自動吸人的空氣流股相接觸，界面上的煤氣和空氣分子互相擴散，在某處達到化學當量比后，一經點火，便形成火焰。

　　隨著煤氣和空氣的連續供人，在輻射管:http://www.ysydq.com/tubenews/149.html內較長通道上，空氣和煤氣邊擴散混合邊著火燃燒，形成穩定的平行流動的長火焰。在燃燒氣體緩慢流動過程中，與輻射管管壁進行熱交換，將熱量傳給管壁;同時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.試驗裝置和測試系統

       燒嘴試驗所采用的裝置系統如圖2所示。為模擬實際加熱爐內的保溫和傳熱條件，特制作了2.2mX1.5m×1m的試驗爐，在爐內壁襯有100mm厚的石棉纖維毯，爐膛內安裝有熱電偶(1號電偶)，用以測量爐膛溫度。輻射管垂直安裝于爐內，管外壁均勻布置25支測溫熱電偶，連續監測管溫分布。

　　斌驗燒嘴安裝于輻射管一側端頭，助燃空氣由鼓風機供人，試驗用煤氣為熱值6688～7106kJ/m。的轉爐煤氣，煤氣成分如表2所示。燃燒廢氣經排煙機從輻射管另一端抽出，燒嘴出口處設零壓面檢測點，并以此控制排煙機閥門開度。試驗用空氣和煤氣流量采用LZB轉子流量計檢測計量;各處氣體介質壓力采用電子壓力計測定，管溫和爐溫采用多點溫度記錄儀連續顯示和存儲。煙氣成分采用德國MRU煙氣分析儀進行在線分析。
 

　　3.試驗結果

　　3.1燒嘴點火性能試驗

　　試驗燒嘴配帶自動點火裝置，點火試驗時，觸動點火控制器開關，點火電極開始放電打火，煤氣電磁閥和空氣電磁閥自動開啟，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。當火焰檢測探頭檢測穩定火焰時，如著火指示燈點亮，表明燒嘴點火成功，如著火指示燈熄滅，則表明點火失敗，煤氣電磁閥和空氣電磁閥會自動切斷。

　　在冷爐狀態下進行了多種不同工況條件的燒嘴點火試驗，結果表明，該燒嘴點火容易，燃燒穩定，點火時間≤1S。

　　3.2燒嘴流量特性檢測

　　試驗燒嘴空氣、煤氣流量特性如圖3和圖4所示。在燒嘴設計能力150kW時燒嘴前空氣壓力為1340Pa，燒嘴前煤氣壓力為370Pa。試驗條件下測試燒嘴最小熱負荷為30kW，燒嘴調節比達1：5，燒嘴能力達到設計要求。

　　3.3煙氣成分分析

　　試驗燒嘴在調節比范圍內穩定燃燒，跟蹤監測排出輻射管外的燃燒煙氣成分，考察燒嘴燃燒效果，檢測數據如表3所示。由表3可見，本試驗條件下，試驗燒嘴均能穩定完全燃燒，煙氣中氧體積分數不大于2.44、CO體積分數不大于21×1o一、N體積分數不大于98×1o～。由此可見，試驗燒嘴燃燒效果良好，有害氣體排放低。

　　試驗燒嘴在設計能力(150kw)下穩定燃燒，改變助燃空氣進氣流量，調節空氣消耗系數，跟蹤監測排出輻射管外的燃燒煙氣成分，檢測數據如表4所示。試驗燒嘴在空氣消耗系數大于1.0以上時均能穩定燃燒，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試驗燒嘴在設計能力(150kW)下穩定燃燒，

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

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