冶金爐燃燒裝置是冶金爐的一個組成部分，是將燃料和助燃劑（氧氣或空氣）互相混合，使之著火燃燒，並將火焰送入爐膛的裝置。通常由兩部分組成：①燃燒器，供給燃料和助燃劑，並為二者混合創造條件或使二者混合；②燃燒室，用來完成混合、著火燃燒的全部過程。許多冶金爐的燃燒過程在爐膛中進行，此時爐膛便起燃燒室的作用。 詳細介紹了煤氣燃燒器、重油燃燒器以及煤粉燃燒器以及燃燒室等內容。
基本介紹
- 中文名：冶金爐燃燒裝置
- 外文名：Metallurgical furnace combustion devices
- 性質：裝置
- 特徵：將燃料和助燃劑互相混合
- 優點：爐膛便起燃燒室的作用
- 領域：能源
冶金燃燒的特點,冶金富氧燃燒,冶金爐對燃燒裝置的要求,冶金爐燃燒裝置組成部分,煤氣燃燒器,有焰燃燒器,無焰燃燒器,重油燃燒器,直流式煤粉燃燒器,直流式煤粉燃燒器的特性,直流燃燒器的類型,四角布置直流燃燒器的工作原理,旋流式燃燒器,旋流式燃燒器的工作原理,分類,旋流式燃燒器的布置與供風方式,燃燒室（爐膛）,對爐膛的要求,爐膛受熱面結渣的影響因素,
冶金燃燒的特點
冶金富氧燃燒
與空氣比較燃燒特點:
a)燃燒溫度高
氧量，% 燃燒溫度，℃
21 1860
25 2126
29 2375
氧量提高，燃燒溫度升高，必定會提高燃燒效率，降低爐渣含碳量。
燃燒溫度高，爐內傳熱效果更好，提高了鍋爐出力。
b)減少空氣量和燃燒後煙氣量
1公斤煤大約需8m3空氣，如果提高氧量，若氧量為30%，則需6m3，相差約2m3，煙氣從9m3降到6m3，這是顯然易見減少空氣量和煙氣量
21 1860
25 2126
29 2375
氧量提高，燃燒溫度升高，必定會提高燃燒效率，降低爐渣含碳量。
燃燒溫度高，爐內傳熱效果更好，提高了鍋爐出力。
b)減少空氣量和燃燒後煙氣量
1公斤煤大約需8m3空氣，如果提高氧量，若氧量為30%，則需6m3，相差約2m3，煙氣從9m3降到6m3，這是顯然易見減少空氣量和煙氣量
冶金爐對燃燒裝置的要求
①具有適當的燃燒能力，並能在一定範圍內進行調節；
②燃燒過程穩定，不回火，也不脫火；
③能控制火焰，使火焰具有一定的外形、方向和剛性；
④符合環境保護的要求，避免或減少燃燒引起的大氣污染和燃燒噪聲；
⑤在高溫條件下堅固耐用，操作、維修方便。
冶金爐燃燒裝置組成部分
冶金爐的一個組成部分，它的作用是將燃料和助燃劑（氧氣或空氣）互相混合，使之著火燃燒，並將火焰送入爐膛。通常由兩部分組成：①燃燒器，供給燃料和助燃劑，並為二者混合創造條件或使二者混合；②燃燒室，用來完成混合、著火燃燒的全部過程。許多冶金爐的燃燒過程在爐膛中進行，此時爐膛便起燃燒室的作用。
煤氣燃燒器
或稱煤氣燒嘴。根據煤氣和助燃空氣在燃燒之前的混合程度，通常分兩類：
有焰燃燒器
煤氣和空氣經燃燒器的不同噴口流出，然後在燃燒室（或爐膛）中逐漸混合、燃燒，形成火焰。含有碳氫化合物的煤氣，在高溫下熱解析出炭粒，由於炭粒的輻射可使火焰光亮可見，因而名為“有焰燃燒”。燃燒速度和火焰長度取決於煤氣和空氣兩個射流的混合速度。為得到不同的火焰長度和火焰形狀可採用不同的燒嘴結構（表1）。 冶金爐燃燒裝置 有焰燃燒器的火焰穩定性較好，不會回火，不易脫火,火焰的黑度較大,煤氣和空氣的預熱溫度不受燃燒方法的限制。有焰燃燒器廣泛套用於熱風爐、均熱爐、加熱爐、熱處理爐和各種窯爐；煤氣平爐的爐頭也屬於有焰燃燒裝置。
無焰燃燒器
又稱預混式燃燒器。指煤氣和空氣在燃燒器內（進入燃燒室之前）已預先混合均勻，燃燒速度極快，容積熱強度可達(1～4)×109千卡/(米3·時)，比有焰燃燒方法可大100～1000倍。由於完全燃燒,不析出炭粒，火焰透明，故名“無焰燃燒”。無焰燃燒器常用的型式為噴射式無焰燃燒器。煤氣由大氣中直接引射空氣，即以煤氣為噴射介質，以空氣為被噴射介質，然後在混合管和擴張管內均勻混合，進入燃燒坑道燃燒，火焰甚短。這種燃燒器要求有較高的煤氣壓力而不用空氣鼓風機。如對空氣進行預熱，可採用圖1b的型式；不過空氣預熱溫度受煤氣著火溫度和燒嘴燃燒穩定性的限制,一般在350～500℃以下,以免發生回火。有的噴射式無焰燃燒器也用空氣做噴射介質，而以煤氣為被引射介質，此時便不需要高的煤氣壓力。無焰燃燒器可用於軋鋼加熱爐、鍛造爐和熱處理爐等。 冶金爐燃燒裝置 此外，為滿足爐子的某些特殊要求，發展出多種專用燒嘴。例如高速燒嘴，它是在燃燒裝置的燃燒室中組織高強度燃燒，然後使噴出的火焰速度每秒達 100米以上，用以強化爐內的對流傳熱或氣體循環，或在引射過量空氣後，得到中溫火焰；火焰長度可調燒嘴是通過調節空氣與煤氣的混合強度來控制燃燒速度的，從而可得到爐子溫度制度所需要的不同的火焰長度。另如低 NOx燒嘴，是採取降低火焰帶中最高溫度的措施,抑制NOx的生成，以減少煙氣中污染物NOx的含量,以利保護環境。
重油燃燒器
又稱重油燒嘴或噴嘴，除供重油和空氣外，還要把重油霧化成細小的顆粒（平均直徑不超過150微米）,形成的油霧與空氣射流在燃燒室內混合、燃燒。霧化顆粒直徑越小，燃燒速度越快，燃燒也越完全。為保證霧化質量，必須在進入燒嘴前將重油加熱，以降低粘度。一般油燒嘴要求油的粘度不大於 0.6斯托克斯（厘米2/秒），可根據粘度與溫度的關係確定重油應加熱的最低溫度,例如20號重油為70℃,200號重油為105℃。重油燃燒器按霧化方法可分為以下幾種類型：
①氣體介質霧化式，用氣體（空氣、煤氣或燃燒產物）作霧化劑，噴出後與重油流相遇，將油吹成霧狀。根據霧化劑壓力的不同，又分為高壓油燒嘴、中壓油燒嘴、低壓油燒嘴。
②油壓式，或稱機械式：以很高的油壓將油噴出並變成霧狀。
③轉杯式,油流入一高速旋轉的杯中且被甩出,同時有空氣將其吹成霧狀。在冶金爐中廣泛採用的是氣體介質霧化式的高壓油燒嘴和低壓油燒嘴。
直流式煤粉燃燒器
直流式煤粉燃燒器的特性
1．不旋轉，射流擴展角小，卷吸能力小，單只燃燒器的著火性能差，爐膛充滿度差；
2．射流衰減慢，射程遠，後期混合好，有利於煤粉燃盡；
3．採用四角布置，相互配合時，相互點燃，著火好，混合強烈；
4．多層布置（不少於三層）。
直流燃燒器的類型
1．均等配風
一、二次風噴口間隔布置，混合較快，適用於揮發分較高的煤種。
2 分級配風
(1)目的：
在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保證煤粉既能穩定著火、又能完全燃燒。
(2)特點
使著火區保持比較高的煤粉濃度，以減少著火熱；燃燒放熱比較集中，使著火區保持高溫燃燒狀態，適用於難燃煤；煤粉氣流剛性增強，不易偏斜貼牆。同時，卷吸高溫煙氣的能力加強。
(3) 一次風集中布置的問題
著火區煤粉高度集中，可能造成著火區供氧不足，延緩燃燒進程；
一次風噴嘴附近為高溫區，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現空氣、煤粉分層現象。
四角布置直流燃燒器的工作原理
工作原理主要表現為幾個過程：
(1) 煤粉氣流卷吸高溫煙氣而被加熱的過程；
(2) 射流的相互撞擊、射流兩側的補氣及壓力平衡過程；
(3) 煤粉氣流的著火過程；
(4) 煤粉與二次風空氣的混合過程；
(5) 四股氣流形成的切圓旋轉過程；
(6) 焦碳的燃盡過程。
旋流式燃燒器
旋流式燃燒器的工作原理
煤粉氣流或熱空氣通過旋流器時，發生旋轉，從噴口射出後即形成旋轉射流。 利用旋轉射流，能形成有利於著火的高溫煙氣回流區，並使氣流強烈混合。
分類
1、可動葉片雙調風旋流燃燒器
2、蝸殼式燃燒器
煤粉燃燒器的結構
旋流式燃燒器的布置與供風方式
旋流式燃燒器通常布置在爐膛的前、後牆上，有的採用大風箱供風，有的採用分隔風箱供風。煤粉燃燒器主要由一次風彎頭、煤粉濃縮器、燃燒器噴嘴、穩焰環、內二次風裝置、外二次風裝置（含調風器、執行器）及燃燒器殼體等零部件組成。
燃燒室（爐膛）
燃燒室是用來完成混合、著火燃燒的全部過程。許多冶金爐的燃燒過程在爐膛中進行，此時爐膛便起燃燒室的作用。
對爐膛的要求
(1)創造良好的著火、穩燃條件，並使燃料在爐內完全燃盡；
(2)將煙氣冷卻至煤灰的熔點溫度以下，保證爐膛內所有的受熱面不結渣；
(3)布置足夠的蒸發受熱面，並不發生傳熱惡化；
(4)儘可能減少污染物的生成量；
(5) 對煤質和負荷變化有較寬的適應性能以及連續運行的可靠性。
爐膛受熱面結渣的影響因素
1、受熱面結渣的形成過程
當熔融的灰渣接近受熱面時，若未被冷卻凝固，並與受熱面相碰，大塊渣積聚在受熱面外壁上，便形成了“結渣”現象。
2、受熱面積灰或結渣的危害
(1) 使爐內傳熱變差，加劇結渣過程。
(2) 爐膛出口的受熱面超溫。
(3) 水冷壁積灰、結渣較多時，多數並發高溫腐蝕。
(4) 使鍋爐效率降低。
(5)水冷壁尤其是過熱器結渣嚴重時，大塊渣落下，可能撲滅火焰或砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。
3、影響受熱面結渣的主要因素
(1)煤灰特性和化學組成
(2) 爐膛溫度水平
(3) 火焰貼牆
(4) 過量空氣係數
(5) 煤粉細度
(6) 吹灰
(7) 燃用混煤
