[科普中國]-燒嘴

燒嘴簡介

燒嘴也可以叫燃燒器，但不同于小型鍋爐上用的一體化燃燒器，因為都屬于燃燒器，所以二者的概念很容易在生產(chǎn)實踐中被混淆。后者屬于一體機，一般也叫燃燒機，包含助燃風機、燃料加壓輸送管件和點火監(jiān)測控制器集成為一體，適用于小型鍋爐及少量噴燃點的小型燃料加熱爐。前者可包含點火電極和火焰監(jiān)測探頭，但單一燒嘴一般不含助燃風機、燃料加壓及輸送管件和點火監(jiān)測控制器，需要根據(jù)不同加熱爐的具體結(jié)構(gòu)及加熱工藝要求布置燒嘴及助燃風機、助燃空氣管路、燃料加壓及輸送管件和點火監(jiān)測控制器，燒嘴的適用領(lǐng)域比一體化燃燒器要廣。

燒嘴按照用途來分，有可以分為工業(yè)應(yīng)用燒嘴，商業(yè)應(yīng)用燒嘴，工藝應(yīng)用燒嘴。

工業(yè)應(yīng)用燒嘴以及商業(yè)應(yīng)用燒嘴一般功率較大，一般屬于固定設(shè)備。工藝應(yīng)用燒嘴，一般功率較小，沒有特定的型號，可以根據(jù)實際的工藝來開發(fā)出來的燒嘴，并且屬于損耗件。

燒嘴按點火方式分為兩種：一種是自動點火，點火方式通過電極發(fā)出高壓點燃可燃氣體；一種是人工點火。點火方式是用明火點燃可燃氣體。自動點火適用于相對純凈氣體；人工點火適用于純凈可燃氣體、較臟可燃氣體。

燒嘴的性能工藝燒嘴技術(shù)是氣化技術(shù)中最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它直接決定了該工藝技術(shù)的效能和系統(tǒng)的穩(wěn)定。一般而言，對工藝燒嘴的要求是從以下幾個方面來考慮的。

（1）霧化效果

根據(jù)燒嘴的原理利用高速噴出原料氣體與其它原料物流混合均勻，達到理想的混合。通過對燒嘴的液霧平均粒徑、霧粒直徑分布、霧炬張角和液霧流量密度分布等指標的測定，獲得設(shè)計條件下比較優(yōu)良的數(shù)據(jù)，并最終經(jīng)過實際生產(chǎn)的工藝指標的驗證。

例如，利用高速噴出（80～120m/s）的氧氣的動能將煤漿打散、霧化，使霧化后的煤漿微粒與氧氣在高溫氣化爐內(nèi)發(fā)生快速、充分的反應(yīng)，要求霧化后的粒子小、分布均勻。

（2）氣化爐的高度和直徑

在設(shè)計參數(shù)狀態(tài)下，噴射出來的反應(yīng)物氣流的張角應(yīng)該有一個合理的開度，不宜直接沖刷到耐火磚的墻面。其工作狀態(tài)下的火焰長短（反應(yīng)高溫區(qū)位置）應(yīng)該合理，長短合適，以避免對耐火磚及燒嘴本身帶來不利的影響。因此，氣化爐的設(shè)計應(yīng)該有一個合理的高度和直徑，使燒嘴的最佳工作狀態(tài)與氣化爐相匹配，并留有一定的余地。

（3）操作彈性

要有一個合適的操作彈性，使其能夠滿足系統(tǒng)開車時的低負荷、正常生產(chǎn)時的滿負荷以及單爐運行時的超負荷（50%～130%）能力，在上述操作彈性范圍內(nèi)應(yīng)保證其正常的工作性能。

（4）使用壽命

在保證其工作性能的前提下，最大限度地延長其使用壽命，以確保裝置的長周期穩(wěn)定運行及經(jīng)濟運行效能。確切地說，一個無維修運轉(zhuǎn)周期應(yīng)該在一年以上，最好為5～10年。1

燒嘴的形式工藝燒嘴的形式是影響燒嘴性能的主要因素之一。

國內(nèi)對工藝燒嘴的結(jié)構(gòu)和型式作過大量的研究。例如，西北化工研究院曾與蘭州化工機械研究院合作，對十幾種不同結(jié)構(gòu)的燒嘴進行過合作攻關(guān)。研究中歸納了兩大類燒嘴。

（1）內(nèi)混式

即物料在燒嘴內(nèi)的一混合室進行充分混合后噴出燒嘴。這種燒嘴經(jīng)各物理參數(shù)的測定，表明其霧化性能較好，但對內(nèi)混室的耐磨件要求較高，難以實現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。

（2）外混式

即物料在燒嘴的出口處進行混合，在噴口處燃燒。目前國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用的就是這種類型的燒嘴。這種燒嘴與內(nèi)混式相比，其最大的優(yōu)點就是相對降低了對燒嘴頭部耐磨件的要求，但霧化性能略差于內(nèi)混式。事實上，上述的研究都是在沒有內(nèi)部通道有冷卻水的情況下進行的，都是采用外夾套或蛇管冷卻的方式對燒嘴進行冷卻降溫，這與目前國際上采用的內(nèi)冷卻式是不同的。1

特種燒嘴高速等溫燒嘴高速等溫燒嘴利用燒嘴噴射的高動能，造成窯爐內(nèi)氣流循環(huán)并強化高溫燃氣對環(huán)境的對流換熱，獲得更均勻的溫度場，滿足快速燒成的要求。高速等溫燒嘴的基本原理是單活塞發(fā)動機原理。大部分燃料的燃燒過程在燃燒室內(nèi)完成，燃料氣體具有相當大的壓力，在這個過程中產(chǎn)生的膨脹使氣體以很高的速度噴出，從而實現(xiàn)改善寬斷面窯爐溫度均勻性的目的。

高速燒嘴中的可燃氣體在燒嘴內(nèi)部混合與燃燒完全，然后以100～300 m/s的速度噴入窯爐內(nèi)，噴出的氣體溫度可在200～1800℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。2

脈沖燒嘴在大容積梭式窯、寬斷面隧道窯中，采用高速等溫燒嘴可以較好地解決窯內(nèi)溫差，但是由于高速等溫燒嘴噴出的高速焰氣對窯內(nèi)氣體產(chǎn)生抽吸作用。使窯內(nèi)氣體運動形成渦流，而渦流中心氣流相對靜止，所以溫差現(xiàn)象仍然存在。脈沖燒嘴在控制窯內(nèi)溫度場、氣氛場的均勻性和穩(wěn)定性方面具有更好的效果。脈沖燒嘴需和脈沖控制系統(tǒng)配合使用，通過控制燒嘴燃料的開與斷，使得窯內(nèi)氣體的運動呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，脈沖控制系統(tǒng)調(diào)整燒嘴火焰的噴出功率，使其按一定周期變化，當一個燒嘴的噴出功率達到最大，另一個達到最小時來加劇氣流流動，消除局部熱點，避免窯內(nèi)氣流形成渦流，從而實現(xiàn)窯內(nèi)溫度場、氣氛場的均勻性和穩(wěn)定性。

調(diào)溫燒嘴調(diào)溫燒嘴的原理是二次空氣式調(diào)溫。它主要用于間歇式窯爐適應(yīng)某些產(chǎn)品的升溫要求，如某高鋁電瓷要求150℃保溫10 h，普通燒嘴的流量調(diào)節(jié)比很難達到這種要求，而采用調(diào)溫燒嘴，焰氣經(jīng)加入二次空氣調(diào)溫后。燒嘴
磚出口溫度最低，可控制到80℃，順利地達到了丁藝要求。

富氧燃燒器富氧燃燒是將助燃劑中的氧氣含量提高，通過減少N2的含量來減少煙氣帶走的熱損失，提高理論燃燒溫度，增加熱設(shè)備的產(chǎn)量，并且可以通過富集煙氣中的CO2來降低對它的捕集能耗。

富氧燃燒的研究始于20世紀30年代。至20世紀70～80年代由于石油等能源價格飛漲，富氧燃燒因為其溫度高、節(jié)能顯著等特點得到了重視，并在玻璃爐窯、搪瓷熔爐等熱工設(shè)備上取得了良好的效果。富氧/純氧燃燒器是富氧燃燒技術(shù)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵性設(shè)備，不僅決定了燃料燃燒過程中的能源轉(zhuǎn)化效率，而且對爐膛內(nèi)部的傳質(zhì)、傳熱等過程均有較大的影響。根據(jù)目前的工業(yè)利用情況，可以將富氧燃燒分為三類：助燃劑中氧濃度在21%～30%范圍內(nèi)稱為低濃度富氧；氧濃度在30%～95%為高濃度富氧；而氧濃度在95%～100%則可近似地認為是純氧燃燒。富氧燃燒器與純氧燃燒最大的不同，是富氧燃燒過程需要著重考慮NOx的生成，而純氧燃燒器一般不需要。2

用途工藝燒嘴廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品成型以后的工藝處理，如玻璃器皿成型后的拋光，切割，燒口，應(yīng)力處理等，塑料件表面噴涂之前的火焰處理，以增強塑料件表面的張力/親水性，增強噴漆的效果。

由上向下噴射的氣流床，在水煤漿氣化、天然氣部分氧化、粉煤氣化等煤化工中，氣化爐和燒嘴是不可缺少的。只要燒嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，氣化爐有足夠的空間和高度，燃燒反應(yīng)就可以進行得比較完全，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的平衡溫距很小或接近于零，關(guān)鍵原料的轉(zhuǎn)化率比較高，可以認為氣化反應(yīng)達到了理想的效果。在有些關(guān)于燒嘴的研究報告中聲稱他們的燒嘴可以提高轉(zhuǎn)化率，宏觀來看，就是這個原因。

燒嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計與燒嘴的壽命密切相關(guān)，如果一個燒嘴的運轉(zhuǎn)壽命在一年以上，氣化爐就不需要備爐，在兩次系統(tǒng)維修停車期之間不用更換或維修燒嘴，可以實現(xiàn)穩(wěn)定、長周期和滿負荷生產(chǎn)，其意義不言而喻。