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1、帶預燃室頂燃式熱風爐結構與性能比較各種帶預燃室的頂燃式熱風爐結構與性能分析陳維漢（河南豫興熱風爐工程技術有限公司，電話：15136271687）1頂燃式熱風爐爐型分類頂燃式熱風爐是目前使用最廣泛的一種熱風爐。從結構上分主要有兩個大類，其1是頂置懸鏈線旋成體形燃燒室（類似于半橢球形拱頂）的熱風爐，其燃燒器設置在拱頂之下的蓄熱室大墻外（簡稱為Ⅰ型熱風爐）；其2是頂置預燃室（燃燒器）的具有錐段拱頂燃燒室的熱風爐（簡稱為Ⅱ型熱風爐）。在頂置預燃室（燃燒室）的具有錐段拱頂燃燒室的熱風爐（Ⅱ型熱風爐）中，按其燃燒器噴嘴結構的不同布置又可以分為不同的小類。有代表性的燃燒器結構有
2、：預燃室（燃燒器）中煤氣與空氣噴嘴環(huán)形分層布置噴射混合的熱風爐（簡稱Ⅱa型熱風爐——卡魯金的旋切旋流熱風爐、山東院、北京院等也是這種爐型）、預燃室（燃燒器）噴嘴環(huán)形交錯排列噴射混合的熱風爐（簡稱Ⅱb型熱風爐——豫興-中冶賽迪熱風爐）、以及預燃室（燃燒器）中煤氣與空氣預先混合后經(jīng)環(huán)形布置的噴嘴噴射燃燒的熱風爐（簡稱Ⅱc型熱風爐——武建院、符正學、段潤興等型熱風爐）。鑒于客戶主要選擇Ⅱ型熱風爐結構，余下的工作就是選擇燃燒器結構的問題。為此，從結構、流場、傳熱、傳質、燃燒等方面對該型熱風爐的各種燃燒器結構進行綜合分析，指出各自的特征與性能上的差異，為用戶提供選型上的參考
3、。2熱風爐燃燒室與燃燒器的結構特征Ⅱ型熱風爐具有錐段拱頂和設置其上預燃室燃燒器，預燃室中環(huán)形布置帶有一定旋切角度的多噴嘴結構，以及其下部的蓄熱室與冷風室，整體構成一個保齡球（或飲料瓶）狀的中空物體。為了環(huán)狀分布燃燒器噴嘴兩類熱風爐燃燒器的墻體中都設置了煤氣與空氣的分配環(huán)道，其外墻上有煤氣和空氣的接入管，其內墻周向均勻布置噴嘴，以便于氣流進入燃燒室或預燃室。Ⅱ型熱風爐噴嘴出口氣流是垂直于預燃室中心軸而以旋切方式進入預燃室的，以噴嘴的具體的結構和布置方式可分為如下的不同結構（參見圖2）：Ⅱa型結構是煤氣與空氣噴嘴分別上下分層布置；Ⅱb型結構是煤氣與空氣噴嘴在一個垂直于
4、預燃室軸線的環(huán)面上交錯布置首尾相接；Ⅱc型結構煤氣與空氣噴嘴在一個垂直于預燃室軸線的環(huán)面上分別上下布置，并以一定角度相互連通匯成一個噴嘴后進入預燃室。從結構的穩(wěn)定性出發(fā)，Ⅱ型結構是一種力學上不穩(wěn)定的結構，存在著復雜的應力分布，容易在高溫和溫度變化頻繁的條件下出現(xiàn)結構損壞。因此預燃室必須用抗熱震性強的耐材制作，錐段拱頂必須采用高溫熱震性強的硅質磚，且預燃室與拱頂之間必須采用無應力傳遞的迷宮連接方式。4帶預燃室頂燃式熱風爐結構與性能比較3三種結構燃燒器的混合燃燒性能從上可知，三種結構的燃燒器分別是，分層排列的Ⅱa型結構、交錯排列的Ⅱb型結構、上下噴嘴互通噴射的Ⅱc型結
5、構。盡管只是噴嘴結構的差異，其混合燃燒的性能就大不相同，這也是人們容易忽視的方面。下面將一一予以剖析。對于Ⅱa型預燃室結構，當煤氣從兩排噴嘴噴射出來后，在旋流作用下形成一股向下的旋轉氣流，而空氣從下面兩排噴嘴噴射出來時只能圍繞煤氣氣流流動并與之混合與燃燒，因煤氣已經(jīng)形成流股，與多股空氣射流之間的混合過程就難以充分實現(xiàn)。仔細分析與套筒燃燒器的擴散燃燒模式?jīng)]有本質上的差別。因此，出現(xiàn)混合不佳、燃燒強度低、燃燒不完全就是很常見的現(xiàn)象。那種認為只要是多噴嘴、多排噴嘴的氣流噴射都能夠實現(xiàn)充分混合的認識，是沒有考慮同質流體噴射后會很快自行組合。尤其是噴出氣流是向一個垂直于主流
6、方向的流動，且預燃室空間又比較小，那么上排氣流就會對下排氣流的流場造成干擾（這是單通道流場上游影響下游的典型流場特征的體現(xiàn)）。這種干擾程度從上到下是逐步增大的，以至于煤氣與空氣不能很好地均勻混合。冷、熱態(tài)實驗均顯示出煤氣濃度中心高而邊沿低，空氣濃度中心低而邊沿高的特征。由于混合不佳燃燒過程一直會延伸到其下的燃燒室，在高負荷下甚至出現(xiàn)蓄熱體中燃燒的現(xiàn)象。盡管目前Ⅱa型預燃室結構有所變動，煤氣噴嘴向下傾斜、空氣噴嘴向上傾斜，目的是加強中間兩排不同質氣流間的混合。但仍然是大尺度上的相互混合，尤其是余下的外層兩排氣流間的混合會受到中部混合燃燒后的煙氣阻隔而混合效果減弱，因
7、而這種改進實際意義并不大。對Ⅱb型預燃室結構，當煤氣和空氣各自從噴嘴噴射出來后，因為噴嘴是交錯排列，相互之間靠得比較近，且相互間的接觸面積比較大，相互混合過程所需的時間就短，于是就能在悠閑地空間中很快地均勻混合并著火燃燒。若設計得當混合燃燒過程完全能夠在預燃室中完成，極大地提高了混合效果與燃燒強度，因混合快而均勻過量空氣系數(shù)可以明顯減小，進而提高燃燒溫度。即使是在高負荷下，混合燃燒的過程都不可能延伸到燃燒室下部。比較上述兩型結構，前者屬于大尺度混合燃燒，而后者屬于小尺度混合燃燒，無論從混合的速率上還是從混合的均勻程度上看，前者都遠不及后者。實驗與實際運行的結果表明
8、，在同等工
