天然气高速烧嘴点火性能的探讨

 

天然气高速烧嘴点火性能的探讨
        摘要:在不同的条件卜对天然气高速烧嘴的点火性能进行了实验研究，探讨了气源种类、助燃空气压力、燃气压力、空气与燃气的比例、气体流量、点火电极等因素对天然气高速烧嘴的点火性能的影响。这对于确保天然气高速烧嘴的顺利点火与正确使用具有重要意义。
关键词:烧嘴;点火;实验研究
1  前言
    高速烧嘴的点火是影响烧嘴使用性能的主要因素之一，在大规模自动化生产线上这一点尤为重要。本文通过对某大型连续式全自动推板窑上使用的3种型号的天然气高速烧嘴进行的实验研究，探讨了气源种类、助燃空气压力、燃气压力、过剩空气系数、点火电极、环境温度等因素对天然气高速烧嘴的点火性能的影响，并对天然气高速烧嘴的顺利点火、正确使用提出指导性意见。
2研究条件
2.1烧嘴
    针对某大型连续式全自动推板窑上所使用的3种型号的天然气高速烧嘴进行实验研究。用于实验的3种型号的烧嘴主要区别在于燃烧功率不同，功率分别为35 kW(简称“烧嘴A"> >  30 kW(简称“烧嘴B "> >  15 1}W(简称“烧嘴C "}，它们的调节比均为10 :1。这些烧嘴都是为适应天然气燃烧而设计制造的，烧嘴的燃烧方式均为开放式燃烧。为了检验在不同状态下的点火性能，在实验时除按正常使用工况将其水平安装于窑炉上考察使用天然气时的点火状况外，还特意选用了液化石油气进行实验，为此专门设计了一套工装用于模拟正常工况。
图1为烧嘴的简图及其工作原理。 
2.2燃气
    天然气的有关指标参数(天然气公司提供)如表1。液化石油气为家用15 kg装液化石油气，具体指标参见国家有关标准。
 

    图1中，Z为点火电极，点火时提供高达5 000V的高压，I为监测电极，一旦点火成功正常燃烧时它就能输出电流到控制单元，如熄火则电流中断。

3实验研究
3.1气源种类的影响
    当使用液化石油气作为研究对象时，助燃空气的最大压力为4 000 Pa，最大流量为600 m;/h，石油气经减压阀减压后最大压力为3 000 Pa。液化石油气与助燃空气均为常温。实验情况见表20当上述烧嘴使用液化石油气点火燃烧时，在燃气、助燃空气的压力和流量均处于较低值时，能够顺利实现点火;处于表2中最小值时，火焰不稳定。液化石油气的燃烧速度较低，在实验过程中没有发现有回火现象。脱火现象容易出现，特别是在助燃空气和燃气的压力相差较大更易发生脱火。上述烧嘴使用液化石油气燃烧时，短时间内在烧嘴头处就积聚了较多的炭黑，说明燃烧不充分，长期使用液化石油气对烧嘴燃烧不利。以下均为烧嘴安装于窑炉正常工作位置后使用天然气时的点火实验情况。在正常使用、外界条件均稳定的情况下，从3种类型的烧嘴中随机各抽取了9只烧嘴进行点火实验，发现9只烧嘴在相同的实验条件下点火性能类似，综合统计点火状况相似率在95%以上。限于篇幅，以下记录均以烧嘴B为准，其余烧嘴基本可以认定相同。
3.2压力、流量对点火的影响
    全窑烧嘴由一台助燃风机集中供风，风机最大压力为6 5006 800 Pa，最大流量为1 500 m;/h。燃气总管的压力为4 500 Pa，最大流量为40 m;/h。表3为当燃气与空气均为25℃时烧嘴B的点火状况。从表3可以看出，当助燃空气、燃气的压力在100 Pa以下、燃气流量在0.6 m;/h以下时，烧嘴的点火比较顺利。特别是在二者压力相似的情况下，点火最为顺利。当助燃空气、燃气的压力高于100Pa时，如二者的压力近似则勉强可以实现点火，但火焰短时间内就会爆灭、脱火。如二者的压力、流量相差较大则不能顺利点火。3.3过剩空气系数的影响表4所示为常温下对应于不同空气系数、压力时烧嘴B的点火状况。表4中空气系数为计算而得，

计算过程略。
    从表4可以看出，空气系数为1.0,1.2,1.4时对点火最为有利，但加大燃气流量至1.0 m;/h以上时，点火已经十分困难。当空气系数为0.8,1.6时，即使燃气流量较小也难以实现点火。
3.4温度的影响
表5为助燃空气预热至70℃时烧嘴的点火状况。对比表3所列，可以认为助燃空气预热温度不高时对烧嘴的点火影响不大。表6为当烧嘴头部温度达到800℃时烧嘴的点火情况。在高温下，燃气、空气均处于低压力时或者空气系数较低时也能引起着火，但此时的火焰不稳定，如需要可靠燃烧，点火后必须尽快调整各参数使之脱离不稳定区。查资料可知，甲烷的最低自燃温度为537 0C。在试验时发现，尽管烧嘴头部温度达到800℃以上，但是点火状况并不如想象中那么容易，除非各参数也靠近低温时的着火区域。3.5点火电极对点火的影响表7为当空气系数为1.2时点火电极对烧嘴点火的影响状况。点火电极与燃气管的间距L如图1所示。在同等条件下，当L=2 mm时，可视火花最大，电火花能量也处于极大值，着火最为容易。而当L<1.5 mm或>2.5 mm时，即使空气系数达到低温时的顺利点火数值，高压电火花能量都很难将可燃混合气点燃着火。


4实验结果
    通过高速烧嘴的点火实验研究，可以认为: (1)天然气中CHQ的体积含量达到96.05%，点火性能对天然气的点火性能起着决定性的作用。CH、的着火浓度范围为4.8%-13.46%。因此，要实现对天然气顺利点火，应尽量使天然气的浓度范围接近CH、的着火浓度范围; (2)天然气的燃烧速度低，燃烧时对缺氧很敏感，一旦缺氧很容易发生脱火，但回火现象不易出现。因此在设计燃烧自动控制系统时，应将脱火作为系统安全防护的重点加以考虑。在燃烧自动控制系统的设计中采取的实际措施是:当出现脱火时，自动控制系统在很短的时间内就能切断燃气和助燃空气的供给;(3)空气系数、压力、流量、点火电极对上述天然气高速烧嘴的点火性能影响最大。只有当空气系数、压力、流量、点火电极达到合适值或处于某个适当的点火区间，方能顺利实现点火。助燃空气与燃气的温度对点火性能的影响相对来说要小一些。所以点火时应密切关注空气系数、压力、流量、点火电极等因素;(4)由于有些数据很难精确得到，例如燃气的具体热值不可能确定，计算空气系数时只能综合考虑高热值与低热值的影响，所以对实验的最终结果可能会有所影响，但这种影响应可以维持在一个相当低的水平，不影响最终实验结果的确定。
4结论
    通过引入各预测方法的预测相对误差、预测对象的变化趋势和灰色基本权重等概念，建立了轧钢加热炉的能耗模糊变权重组合预测模型。结果表明，此组合预测平均误差和预测平方根误差均较小。该方法建模数据少，计算简便，预测结果精度较高，方法简便，易于实际应用，具有广泛的适用性，为轧钢加热炉的能耗量准确的预测提供了新思路。
  详细技术交流：郑州达立兴达立兴热能技术有限公司（www。zzdlxrn.com）
电话:0371-56015059