1、（二)燃气炉的燃烧设备气体燃料主要指天然气、人工煤气及石油液化气。由于它们是化工工业的重要原料，价格也比煤和油贵，按我国目前的燃烧政策，一般不作为锅炉燃烧。然而，燃用气体燃料的锅炉可以取较大的炉膛容积热强度，易于采用各种强化燃烧措施，因而炉膛可以相对做得小，甚至容量小于 100th 的气炉出能采用组装式的。而且不存在燃料预处理、受热面结渣、磨损等问题，受热面吹灰、烟气除尘及锅炉排渣也可免去，锅炉辅助设备精简了许多，使总投资节省。此外，燃气锅炉负荷调节性能好，易于实现自动化，对环境保护有利。国外不少大容量和中、小型锅炉也采用气体燃料，我国目前已有个别锅炉厂生产小型燃气工业锅炉，也引进了一批先进的
2、气炉和油气两用锅炉。随着我国对环境保护的日益重视和气体燃料资源的开发以及各种煤的气化技术的应用，将来，燃气锅炉会有一定程度的发展。当然，燃气炉也有一些缺点，如一旦煤气管道爆裂或其他原因引起气源中断，锅炉就得停炉。此外。在使用气体燃料时，还必须有相应的防爆等安全措施。1气体燃料的燃烧(1)着火与燃烧气体燃料含灰分极少，不存在燃尽问题，因而燃烧过程由着火和燃烧组成。燃气的热容量比煤小得多，只要很小的外界热源就能将其加热至着火点，并以瞬时着火形态出现。各种气体燃料是由不同成分组成的，其着火温度没有固定的数值，它取决于所含成分的性质以及所占比率的大小。表 217 表示一些可燃气体的着火温度。燃气锅炉中
3、，按燃气和空气是否在进燃烧室之前进行预混合，燃气的燃烧可分为三种，即扩散燃烧、无焰燃烧和大气燃烧。(1)扩散燃烧。指事先没预混合而进入炉膛的燃烧。整个燃烧过程所需的总时间近似等于燃气与空气之间扩散混合的时间。扩散燃烧有层流扩散和紊流扩散两种，前者是分子之间的扩散，燃烧强度低；后者是气体分子团之间的扩散，燃烧强度相对较高，但也只用于小容量工业锅炉。扩散燃烧比较稳定，不易发生回火或脱火，但过量空气系数偏大，燃烧速度慢，一般不用此法来燃烧高热值的天然气。(2)无焰燃烧。指燃气与燃烧所需要的全部空气已完全混合后再进入炉膛或火道燃烧。这时，混合所需的时间为零，而化学反应所需的时间也缩短，只要燃烧器出口有
4、热源，燃烧也能在瞬间完成，而且没有火焰产生，称为无焰燃烧。它具有燃烧速度高，燃烧强度大等特点，其炉膛容积热负荷可为扩散燃烧热负荷的数百倍，而且燃烧完全，但易发生回火。(3)大气燃烧。指燃气的燃烧所需的部分空气量预混合再进行的燃烧。其一次空气率一般为 0506。燃烧时形成如图 2171 的大气火焰。这时动力燃烧只先在火焰内锥面上，即燃烧的初始阶段；余下的燃气及燃烧产物混合在一起，在火焰的外锥面靠二次空气补充进去进行扩散燃烧。大气燃烧的速度、强度和过量空气系数均介于扩散燃烧与无焰燃烧之间，由于火焰的外锥仍处于扩散燃烧，因而仍满足不了工业上提高燃烧热强度的要求。当气体混合物的流速在火焰面法线方向的分
5、量大于火焰传播速度时，就会发现火焰不断地远离燃烧器火孔，到一定距离之后就发生完全熄灭，这种现象称为脱火，脱火之后常引起曝炸，这是燃烧过程不允许的。因而，人们用脱火极限(引起脱火的最小气流速度) 作为燃烧器的一个重要指标：当气体混合物的流速在火焰面法线方向的分量小于火焰传播速度时，火焰会沿着燃烧器混合管道逆向往回燃烧，造成设备损坏甚至引起燃烧，因而大气式燃烧器和引射式燃烧器设计与运行时，管道内气流速度不能低于回火极限。实际运行中，脱火极限和回火极限不是同一个数值，它们与燃气性质、一次空气率大小、燃烧器出口孔径、炉内压力与温度等等因素有关。这两个值之间存在着一个数值间隔范围(见图 2172)，在这
6、个范围内选择气体混合物的速度，就能实现稳定燃烧，即在正常运行情况下，一般不会发生脱火和回火现象。(2)稳定燃烧在静止的燃气和空气混合物着火之后，火焰依靠燃烧时产生的热量传给相邻的未燃气层，使之也达到着火温度并进人燃烧，形成了火焰面。这个过程依次进行下去，就把火焰传播开来，这就是火焰传播速度。实际气炉中，燃气和空气混合物是流动的，从图 2172 中可知，一次空气含量减少时，稳定着火有更大的范围( 相应的脱火曲线与回火曲线间纵坐标差值增大)。但一次空气过少，发生黄色火焰机会增大。此外，还可以看出，火孔尺寸小了，有助于扩大稳定燃烧的范围。(2)蜗壳式旋流燃烧器。图 2174 为中心供气蜗壳式旋流燃烧
7、器。空气经蜗壳形成旋流，燃气从中心燃气管上的许多小孔垂直喷人空气旋流中，从而增大两种气流的接触面，使混合强化。燃气与空气混合后经缩放型喷口再进入炉膛。这样既增强混合又使流速均匀提高，有利于防止火道内产生回火。当燃用天然气时，燃气压力约为 15kPa。空气流速为 2040ms。喷口处气流速度为 2050ms。喷嘴出口处流速为1022ms。过量空气系数为 11。喷人天然气的距离约在 400500mm 以上。设计燃烧器时，要根据所用气体燃烧的性质及有关资料，作出燃烧的脱火和回火曲线，以确定稳定燃烧可以选用的气体混合物的流速。2气体燃烧器气体燃烧器是燃气锅炉的重要设备，它必须保证锅炉在额定负荷下能经济
8、安全地连续运行。此外，还要求负荷调节性能好、自动控制程度高、结构紧凑、成本低等等。气体燃烧器种类繁多，以下按空气供给方式介绍工业锅炉上应用的几种气体燃烧器。通常按燃烧方式将气体燃烧器分成火炬燃烧器、无焰燃烧器和鼓风式燃烧器三种：(1)火焰燃烧器（1) 套管式燃烧器。图 2173 中所示套管式燃烧器，由相套的大管和小管组成。燃气从中间小管流出，空气从管子夹套中流出，两者在火道或燃烧室内边混合边燃烧。其特点是结构简单，工作稳定。缺点是燃气与空气属同心平行气流，混合效果较差，火炬较长，适用于小型燃气锅炉。此时预混合已相当强烈，火焰已不发光。(3)大气式燃烧器。图 2175 为两种大气式燃烧器的结构示
9、意图。大气式燃烧器的特点是，不需配置鼓风装置送风，燃烧所需的空气靠引射作用吸人。煤气可在较低压力下工作。在燃烧器内，仅一部分空气预先和煤气混合，在炉膛内还需补入二次风，大气式燃烧器适用于燃烧各种特性的煤气。其优点是结构十分简单，主要由引射器及头部两大部件组成，见图 2176。但当燃烧器热功率大时，结构显得笨重，故一般多用于小型锅炉。型燃烧器：气流形状最佳，阻力系数最小，但长度最长。型燃烧器：尺寸较小，但压力损失较大。(2)无焰燃烧器1燃烧道型无焰燃烧器。图 2177 为燃烧道型无焰燃烧器简图。该型燃烧器由混合装置、燃烧道和喷头三个部分组成。混合装置。其作用使燃气和空气良好混合。有两种方式：燃气
10、和空气均被加压后在混合装置内混合；喷射器引射混合。可以是空气引射燃气，也可以是燃气引射空气。但多数以燃气作喷射介质，直接从大气中吸人空气。要求：为保证吸人必要的空气，并防止回火，要求燃气具有一定的压力：高炉煤气：510 kPa；天然气：30100 kPa；高炉焦炉混合煤气：1520 kPa。燃烧道的容积热强度为 4187(5001000)10 3kJm3 时，用耐火材料制成。其结构由若干层耐火隔墙构成，炽热的耐火隔墙既是可燃气体迅速稳定着火的点火源，又将可燃气流分割成许多薄层，增加可燃气体的燃烧表面积，改善混合，从而大大强化燃烧。喷头作用，将燃气和空气混合物以一定的速度喷人燃烧道内。并要求：在
11、最小负荷时，燃气、空气混合物流出喷头的速度应比火焰传播速度高出 25以上，以防止回火，但亦不宜过高，以避免火焰不稳定或造成脱火现象；对热负荷大的喷头，需用空气或水来冷却，以防止烧坏喷头。(2)带稳焰器的无焰燃烧器。图 2l78 为带稳焰器的无焰燃烧器。由篦状稳焰管、扩散管、喉管、收缩管、吸声罩和喷嘴等部件组成。吸声罩用毛毡或玻璃纤维组成。篦状稳焰器用宽 16mm、厚 0.5mm 的耐高温薄钢板制成：间距约为 15mm ，其主要性能及结构尺寸见表 218。3矩形火孔无焰燃烧器。图 2179 为矩形火孔无焰燃烧器，由调风手柄、调风板、燃气管、喷嘴、混合管、水冷矩形头部等部件组成。其优点是喷嘴喷出的火焰呈扁平形，燃气与空气在扁平形引射器中能较好地混合。其主要特性见表 219。(4)多引射器无焰燃烧器。图 2180 为多引射器无焰燃烧器，由喷孔、混合管、水冷头部、稳焰锥体等部件组成。其优点是：采用多喷孔、混合管较短；混合气流遇到稳焰锥体后，相互撞击，强化燃烧。其主要特性见表 2110 中所示。
