气体燃料的燃烧过程

 

气体燃料的燃烧过程
  工业炉窑所用的气体燃料主要是高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、天然气、发生炉煤气及其中两种或几种的混合燃料。
  在各种燃料中，气体燃料的燃烧过程最容易控制，也是最容易实现自动调节，此外，气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃烧温度，有利于节能降耗。
  蓄热式高温空气燃烧技术最初的作用就是可以对低热值燃料进行高温预热，提高其燃烧温度，实现低热值燃料例如高炉煤气的稳定燃烧。
  气体燃烧中，可燃性成分有CO、H₂、CH ₄、碳氢化合物等，不可燃烧气体成分有CO₂ 、N₂ 、和少量的Q₂ 。除此之外，在气体燃烧中还含有少量水蒸气、焦油蒸气、S及粉尘等固体微粒。
  工业炉使用的气体燃料很多，主要使用的气体燃料是煤气，气体燃料的燃烧是一组复杂的物理与化学过程的综合，整个燃烧过程可以视为煤气与空气的混合、煤气与空气混合气体的着火、完成燃烧反应三个阶段，他们是在极短的时间内完成的。
1.1煤气与空气的混合
要实现煤气中可燃成分的氧化成分反应，必须是可燃物质的分子能和空气中氧分子接触，亦即使煤气和空气均匀混合，煤气与空气的混合是一种物理扩散现象。在工业炉上煤气与空气分别进入燃烧室的情况下，决定煤气燃烧速度与火焰长度的主要因素是煤气与空气的混合速度。要强化燃烧过程必须改善混合的条件，提高混合的速度。
  改善混合条件的途径是：使煤气与空气流形成一定的交角，高山气流的速度，缩小气流的直径。煤气与空气的混合在蓄热式高温燃烧技术应用设计中尤为重要。
1.2混合后的可燃气体的加热和着火
   将煤气与空气混合后加热到着火温度，着火靠点火来完成。在正常燃烧时，主要依靠前面燃烧着的燃料把热量传递给后继的混合物，使后继的混合物达到着火温度，这一过程的快慢称为“火焰传播速度”，若燃料从烧嘴喷出的速度大于火焰传播速度时，会产生灭火现象，反之喷出速度小于火焰传播速度是会发生回火现象。因为煤气与空气已预热到高温，混合后的可燃气体的加热和着火在蓄热式高温空气燃烧技术应用已不是主要问题。
1.3完成燃烧化学反应
   煤气与空气混合物着火后，产生机理的氧化反应这就是燃烧。燃烧反应的速度与反应物质的温度有关，温度越高反应速度越快。蓄热式高温空气燃烧技术的燃烧化学反应极其快速。
   上述三个阶段，对整个燃烧影响最直接是煤气与空气的混合过程，要提高燃烧强度，必须很好地控制混合过程。
1.4气体燃烧的燃烧方式
   气体燃烧的燃烧分为有焰燃烧和无焰燃烧。
   有焰燃烧使燃料与空气预先不混合，独自进入炉内边混合边燃烧，混合与燃烧同时进行。
   无焰燃烧使燃料与空气预先混合，进入炉内即着火燃烧，由于燃烧速度快，碳氢化合物来不及分解，看不到明亮的火焰。
   蓄热式高温空气燃烧技术主要是有焰燃烧，但其燃烧边界可以充分扩展至整个空间，形成空间燃烧。
2.1液体燃料的燃烧
   在工业炉上使用的液体燃料主要是重油，重油从广义来说，是原油加工后各种残渣油的总称，他主要可燃元素是C和H，他们占重油可燃成分的95%以上，一般来说，重油的粘度越大，含C量越高，含H量越低。重油的着火点为500~600℃。
  一般液体燃料燃烧的全过程包括以下几个阶段：雾化——受热——蒸发——热解与裂化——与空气混合成可燃的气体混合物——着火与燃烧。
   稳定和强化重油燃烧的方式主要有：改善雾化质量；供给适量的空气，强化空气与油雾的混合；保证点或区域和燃烧室的高温。
   目前蓄热式加热炉较少使用液体燃烧，主要在小型室式加热炉上应用。
2.2固体燃料的燃烧
   固体燃料的燃烧方式主要有层状燃烧法、粉煤喷流燃烧法、旋风燃烧法、沸腾燃烧法四种。目前蓄热式加热炉很少使用固体燃料，需改善蓄热式结构，增加除尘装置。