高压喷射式烧嘴：优化方案

1.特点

高压喷射式烧嘴基于喷射原理，利用煤气喷口喷出的高速气流将燃烧所需的空气按比例吸入。其特点是：空气、煤气可按比例调节，即煤气压力变化时仍能按比例吸入燃烧所需的空气量；空气系数小，一般α=1.03～1.05；燃烧温度高，易获得高温燃烧区，对燃用发热量低的煤气最为有利；操作简单，不需设置风机及空气管道系统（采用预热器且系统阻力大于300Pa时除外）。

采用高压喷射式烧嘴时应注意以下问题：

（1）烧嘴易回火的情况

1）当烧嘴前煤气压力降低至回火压力，或因煤气流量调节不当使混合气出口速度低于火焰传播速度时。各种煤气的回火压力和正常使用压力见表5-1。

表5-1 各种煤气的回火压力和正常使用压力

2）煤气中焦油及灰分含量较多，在烧嘴内壁有大量沉积。

3）烧嘴内壁的表面粗糙度太大，或烧嘴中心度安装偏差大。

4）煤气的预热温度过高。

（2）烧嘴的空气、煤气比例易失调的情况

1）煤气发热量波动过大，造成空气量过剩或不足。

2）使用热风时，空气通道阻力过大，造成吸入空气量不足。

3）炉内正压过大，影响到吸入空气量不足。

4）空气或煤气的预热温度波动大，造成空气量过剩或不足。

5）煤气不洁净，由于烧嘴内沉积过多的煤气含尘物而破坏了烧嘴的几何尺寸。

（3）必须保证烧嘴在最低热负荷时不回火　即混合气喷出速度要大于火焰的传播速度。混合气出口速度过高，则烧嘴易脱火。为适应大炉子的供热制度，应按能量小、数量多的原则选用烧嘴，当热负荷很低或很高时，通过关闭部分烧嘴或开启全部烧嘴的方法来适应热负荷的变化。

2.燃发生炉煤气的高压喷射式烧嘴

（1）使用预热气体的高压喷射式烧嘴　烧嘴结构如图5-1和图5-2所示，尺寸见表5-2。适用的煤气低发热量（标态）Q_d=3700～9000kJ/m³，烧嘴前煤气压力范围1～16kPa，调节比1∶4。

图5-1 使用预热气体的高压喷射式烧嘴（d_pt=32～38mm）

1—空气接管 2—混合器喷头（喷口直径d_pt） 3—空气煤气混合器 4—煤气喷嘴（喷口直径d_m，随煤气热值不同而变）

图5-2 使用预热气体带水冷喷头的高压喷射式烧嘴（d_pt=42～56mm）

（2）使用冷煤气冷空气的高压喷射式烧嘴（图5-3、表5-3）

表5-2 使用预热气体的高压喷嘴式烧嘴外形尺寸 （单位：mm）

① 1in=25.4mm，全书同。

图5-3 使用冷煤气、冷空气的高压喷射式烧嘴

1—连接肋 2—空气调节阀 3—煤气喷嘴 4—煤气空气混合器 5—混合器喷头

表5-3 使用冷煤气、冷空气的高压喷射式烧嘴外形尺寸 （单位：mm）

（3）单独预热煤气的高压喷射式烧嘴　单独预热煤气时可采用上述预热气体或冷气体的高压喷射式烧嘴结构。

3.燃焦炉煤气的高压喷射式烧嘴

ϕ56mm焦炉煤气喷射式烧嘴（直头与弯头）结构参见图5-5；ϕ32mm、ϕ42mm焦炉煤气喷射式烧嘴结构参见图5-3。

烧嘴外形尺寸见表5-4，烧嘴燃烧能力如图5-4所示。

表5-4 焦炉煤气喷射式烧嘴外形尺寸 （单位：mm）

4.燃天然气的高压喷射式烧嘴（图5-5）

图5-4 焦炉煤气喷射式烧嘴燃烧能力

1—ϕ56mm直头烧嘴 2—ϕ56mm弯头烧嘴 3—混合气喷头直径ϕ42mm 4—混合气喷头直径ϕ32mm

烧嘴燃烧能力见表5-5，外形尺寸见表5-6。

天然气喷射式烧嘴的煤气压力范围为30～180kPa，空气系数α=1～1.05，调节比1∶3，烧嘴喷头不需水冷。

有关结构参数（图5-6）如下：

(www.xing528.com)

L₁=（1～1.53）d₂

L₂=（2.5～3.5）d₂

L₃=（4～4.4）d₂

L₄=（1～1.5）d₂

α=30°～42°（α小，噪声大）

β=15°～30°

L₅=0.5d₁

烧嘴燃烧能力

图5-5 天然气喷射式烧嘴

图5-6 天然气喷射式烧嘴结构参数示意图

式中 V_m——烧嘴燃烧能力（m³/s）；

A——煤气喷口截面面积（m²）；

μ——流量系数，μ=0.87；

K——气流绝热指数，K=1.314；

υ₁——天然气比体积（m³/kg）；

p₁、p₂——烧嘴前天然气及空气压力（Pa）。

表5-5 不同煤气压力下天然气喷射式烧嘴燃烧能力 （单位：m³/h）

表5-6 天然气喷射式烧嘴外形尺寸 （单位：mm）

5.烧嘴设计计算

烧嘴设计计算按表5-7进行。根据计算出的d_m及d_pt值，按图5-1～图5-3、表5-2～表5-4选用所需烧嘴规格及外形尺寸。

表5-7 使用冷煤气、冷空气的高压喷射式烧嘴计算

注：1.表中气体体积为标准状态。

2.计算使用热煤气、热空气的高压喷射式烧嘴时（空气流路中阻力h=0）可变换参数为实际温度下的相应值，代入公式进行概略计算，即

烧嘴燃烧能力；煤气密度；

体积喷射比

质量喷射比；

式中 t_h、t_m、t_k——混合气、煤气及空气温度（℃）。

6.烧嘴砖

烧嘴砖是燃烧装置的组成部分，其主要作用是：

1）将燃料在烧嘴砖内加热至着火温度，使其易于点火并迅速燃烧。

2）在烧嘴砖内保持一定的高温，使燃烧过程稳定，避免产生脉动或燃烧中断现象。

3）组织火焰形状，以满足加热工艺的要求。

4）使燃料和空气进一步混合。

设计高压喷射式烧嘴所用烧嘴砖时，其几何尺寸决定于煤气的稳定燃烧条件。燃用Q_d=3700～9200kJ/m³（标态）的发生炉煤气或混合煤气的高压喷射式烧嘴，其燃烧道设计参数为

燃烧道容积热强度=（140～200）×10⁶kJ/（m³·h）。

烧嘴砖的主要几何尺寸按表5-8选用。

天然气的火焰传播速度较低，焦炉煤气的火焰传播速度较高，设计烧嘴砖时应分别采用较低或较高的热强度值。

表5-8 高压喷射式烧嘴用烧嘴砖尺寸 （单位：mm）