关于W型辐射管烧嘴的研究

　　研究W型辐射管烧嘴

　　基于间接加热原理的辐射管加热技术有效地避免了被加热件表面的氧化和脱碳，为在保护气氛下进行热处理创造了条件，不会造成燃烧气体和产物污染影响产品质量，特别适用于对产品质量要求高的场合。

　　最早的辐射管炉是德国在20世纪3O年代发明并使用的，其结构为单层直管式，水平或垂直穿过炉膛，直到50年代初U型辐射管问世，并在此基础上发展了w型、套管式I型，以及排气再循环的P型和O型等[2]。w型辐射管相对于其他类型辐射管具有燃烧空间大、传热面积大、热效率高等优点，但同时也因为管程长，影响管内火焰长度因素多，沿辐射管长度方向温度均匀性较差，成为辐射管烧嘴开发的难点问题。

　　辐射管烧嘴是辐射管加热装置的核心部件，它控制着辐射管加热的功率、温度分布、热效率及使用寿命等_3]。合适的烧嘴结构应使辐射管内空气、煤气的混合达到适当的强度。

　　若空气、煤气混合强度太低，则混合时间加长，火焰拉长，煤气没有完全燃烧，造成不必要的浪费，甚至燃烧火焰有可能窜出辐射管的排烟口，降低了辐射管的热效率，且造成辐射管表面温度的分布不均匀;若空气、煤气混合强度过大，则混合时间缩短，火焰过短，辐射管末端不能充分加热，辐射管表面温度分布也不均匀。

　　根据生产线技术改造的需要，研制出1种性能稳定且加热温度均匀的同轴平行射流扩散燃烧式w型辐射管烧嘴。本文详细介绍了该辐射管烧嘴的试验研究情况，供烧嘴设计和生产应用参考。
 

　　1.试验烧嘴

        试验烧嘴设计技术参数如表1示。

　　试验烧嘴设计结构示意如图l所示。试验烧嘴主要由煤气管、煤气喷头、空气管、空气喷头、燃烧筒和点火电极等几部分组成，采取同轴平行射流扩散燃烧方式组织燃烧。燃烧主煤气从中心煤气管沿辐射管轴向射人，煤气喷口侧向开有一次煤气喷孔，少量一次煤气沿辐射管径向流出。助燃空气沿煤气管外围与主煤气同轴平行射人，在空气喷头处由燃烧筒分为一次风(主空气)和二次空气参与燃烧。烧嘴中心出口处设点火电极，当中心煤气流股与周围自动吸人的空气流股相接触，界面上的煤气和空气分子互相扩散，在某处达到化学当量比后，一经点火，便形成火焰。

　　随着煤气和空气的连续供人，在辐射管:http://www.tzhd.com/tubenews/149.html内较长通道上，空气和煤气边扩散混合边着火燃烧，形成稳定的平行流动的长火焰。在燃烧气体缓慢流动过程中，与辐射管管壁进行热交换，将热量传给管壁;同时气体本身的温度逐渐降低，燃烧废气从辐射管另一端排出。

　　2.试验装置和测试系统

       烧嘴试验所采用的装置系统如图2所示。为模拟实际加热炉内的保温和传热条件，特制作了2.2mX1.5m×1m的试验炉，在炉内壁衬有100mm厚的石棉纤维毯，炉膛内安装有热电偶(1号电偶)，用以测量炉膛温度。辐射管垂直安装于炉内，管外壁均匀布置25支测温热电偶，连续监测管温分布。

　　斌验烧嘴安装于辐射管一侧端头，助燃空气由鼓风机供人，试验用煤气为热值6688～7106kJ/m。的转炉煤气，煤气成分如表2所示。燃烧废气经排烟机从辐射管另一端抽出，烧嘴出口处设零压面检测点，并以此控制排烟机阀门开度。试验用空气和煤气流量采用LZB转子流量计检测计量;各处气体介质压力采用电子压力计测定，管温和炉温采用多点温度记录仪连续显示和存储。烟气成分采用德国MRU烟气分析仪进行在线分析。
 

　　3.试验结果

　　3.1烧嘴点火性能试验

　　试验烧嘴配带自动点火装置，点火试验时，触动点火控制器开关，点火电极开始放电打火，煤气电磁阀和空气电磁阀自动开启，煤气和助燃空气流入烧嘴，在烧嘴出口处混合，遇火花着火燃烧。当火焰检测探头检测稳定火焰时，如着火指示灯点亮，表明烧嘴点火成功，如着火指示灯熄灭，则表明点火失败，煤气电磁阀和空气电磁阀会自动切断。

　　在冷炉状态下进行了多种不同工况条件的烧嘴点火试验，结果表明，该烧嘴点火容易，燃烧稳定，点火时间≤1S。

　　3.2烧嘴流量特性检测

　　试验烧嘴空气、煤气流量特性如图3和图4所示。在烧嘴设计能力150kW时烧嘴前空气压力为1340Pa，烧嘴前煤气压力为370Pa。试验条件下测试烧嘴最小热负荷为30kW，烧嘴调节比达1：5，烧嘴能力达到设计要求。

　　3.3烟气成分分析

　　试验烧嘴在调节比范围内稳定燃烧，跟踪监测排出辐射管外的燃烧烟气成分，考察烧嘴燃烧效果，检测数据如表3所示。由表3可见，本试验条件下，试验烧嘴均能稳定完全燃烧，烟气中氧体积分数不大于2.44、CO体积分数不大于21×1o一、N体积分数不大于98×1o～。由此可见，试验烧嘴燃烧效果良好，有害气体排放低。

　　试验烧嘴在设计能力(150kw)下稳定燃烧，改变助燃空气进气流量，调节空气消耗系数，跟踪监测排出辐射管外的燃烧烟气成分，检测数据如表4所示。试验烧嘴在空气消耗系数大于1.0以上时均能稳定燃烧，且燃烧完全，烟气中CO排放低。3.4辐射管表面温度均匀性试验试验烧嘴在设计能力(150kW)下稳定燃烧，

　　空气消耗系数固定在1.O5状态，待试验炉炉温达~iJ9oo℃时检测辐射管表面各点温度，绘制温度分布图如图4所示。图中结果显示辐射管表面最大温差在7O℃以内，表明试验烧嘴燃烧火焰长度适中，加热温度均匀性好。

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