金屬燃燒

金屬燃燒

金屬燃燒是指金屬本身或作為燃燒表面的燃燒。金屬、金屬等遇水發生的燃燒即為金屬本身燃燒。以特種金屬纖維作為燃燒表面而發生的燃燒則是另一種金屬燃燒,這種燃燒技術是近些年才逐漸推廣套用的新型燃燒技術,被廣泛套用於不同的領域。

基本介紹

  • 中文名:金屬燃燒
  • 外文名:metal burning;metal combustion
  • 基本釋義:金屬本身或作為燃燒表面的燃燒
  • 分類:熱力學
  • 領域:能源
  • 學科:物理
金屬纖維燃燒,套用簡介,燃燒器特點,工作原理,氣割金屬,燃燒氧化預防,火災預防,分類,危害因素,災難防止對策,

金屬纖維燃燒

套用簡介

鍋爐金屬纖維燃燒器是一種全預混微焰式燃燒器,以特種金屬纖維作為燃燒表面,燃燒強度可以達到2500kw/m。這種燃燒技術是近幾年才逐漸推廣套用的新型燃燒技術,被廣泛套用於不同的領域。根據輸出功率的大小不同,火焰有兩個基本模式,在低功率輸出時,燃燒器為紅外輻射模式,在高功率輸出時燃燒器是藍火焰模式,調節功率輸出時,火焰就在這兩種模式之間變化。
燃燒器由於是微焰形式燃燒,所以火焰很小,發熱均勻,基本杜絕燃燒室的極端高溫,因此,氮氧化物的排放非常低,是最環保的燃燒方式。燃燒器對燃料和空氣進行全預混方式,並進行了精密的調節和控制,保證了燃氣和空氣的完全混合,使燃燒更充分,在目前的燃燒技術中“一枝獨秀”。燃燒器採用鐵-鉻-鋁纖維作為燃燒表面基材,其使用的最高溫度可達1300℃,由於其1000℃以上仍具有優良的抗氧化性能和熱強度,所以金屬纖維燃燒器除具有燃燒效率高外,還具有耐熱衝擊、低壓降、安全無回火、反應迅速、熱慣性小、冷卻快、經久耐用、有害氣體釋放少等優勢。與傳統的大氣燃燒式燃燒器比較,具有:燃燒均勻、熱效率高、有害氣體釋放少、可減小鍋爐體積等特點。
1.熱強度高、調節範圍大
國外在20世紀80年代開始研究金屬纖維燃燒器,根據Acotech公司的資料,過剩空氣係數在1.1—1.3時,在不同的表面熱強度下燃燒工況不同:當表面熱強度為0.1—0.8W/mm2呈表面燃燒形式,表面燒紅至800—1000℃,發紅外線射線;當表面熱強度達0.9 W/mm2時出現藍色火焰浮在表面,當表面熱強度到達5W/mm2時,也不會脫火。金屬纖維燃燒器還可以做成向下輻射的形式。
2.燃燒產物中CO與NOX含量很低,在高熱強度下(900千瓦/平方米),CO含量低於40ppm, NOX含量低於120ppm。
3.金屬纖維載體比多孔陶瓷板牢固,不怕冷水擊,有一定機械強度,並可加工成任何形狀。
4.熱惰性小,能很快加熱,很快冷卻。
5.噪聲低。
6.在全一次空氣予混的條件下(過剩空氣係數為1.1—1.3),不需要冷卻頭部的裝置。套用:熱水鍋爐,烘乾設備,工業爐窯,工程加熱設備。

燃燒器特點

金屬纖維表面燃燒不僅具有紅外燃燒的特點,而且低污染排放的特點引起了人們的廣泛注意。金屬纖維燃燒器的頭部是由極細金屬纖維製成的。金屬纖維既可以燒結在一起,形成剛性而多孔的板材,也可以通過紡織過程製成柔軟的織物。兩種結構都提供了透氣性很強的均勻介質。既可以在熱輻射模式下又可以在藍焰模式下燃燒,而且能在兩種模式下實現燃燒平移轉換。
金屬纖維燃燒器具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性。這給予了燃燒器超常的使用壽命。當燃燒器在封閉的環境中,表面溫度和輻射效率將會提高。金屬纖維燃燒器長壽命工作的最高溫度為1100℃。
金屬纖維燃燒器具有抗熱衝擊性能,由於採用了100%的金屬,金屬纖維燃燒器甚至可以經受極限狀態的熱衝擊。水潑在燃燒器的表面上將會被蒸發,而不會在燃燒器表面留下任何損壞的痕跡。此外,金屬纖維燃燒器還具有良好的抗機械衝擊性能、逆火安全性能和快速冷卻性能。
金屬纖維燃燒器的柔性,使燃燒器的頭部可以做成任何形狀。如扁平形、圓筒形、圓錐形、凹形、球形等。
金屬纖維燃燒器紅外輻射的特性和低污染排放的特點,使其套用於很多行業,包括家用烤箱、工業爐、食品行業、紡織業、汽車業、玻璃製造業、鋼鐵鑄造業等。

工作原理

金屬纖維燃燒器屬於預混氣體表面燃燒。預先混合均勻的燃氣空氣混合物流向燃燒器頭部,在透氣性均勻的金屬纖維織物表面層進行燃燒。燃燒以兩種方式進行,既紅外熱輻射方式和藍焰方式。紅外熱輻射方式是可燃混合物在織物內部進行燃燒,金屬纖維織物被加熱至白熾狀態,一部分熱量以輻射方式釋放。藍焰方式是可燃混合物在織物上方燃燒,火焰承藍色浮在表面上,熱量以對流方式釋放。
由於金屬纖維織物的均勻透氣性和燃氣與空氣的均勻預混,燃燒十分穩定和溫度分布均勻,沒有局部高溫存在,因此抑制了NOx的生成。預混又有足夠的空氣供給,故CO的排放也低。

氣割金屬

火焰切割過程包括預熱、燃燒、吹渣三個階段,但並不是所有金屬都能滿足這個過程的要求,只有符合下列條件的金屬才能進行氧氣切割:金屬在氧氣中的燃燒點應低於其熔點;金屬燃燒生成氧化物的熔點應低於金屬熔點,且流動性要好;金屬在切割氧流中的燃燒應是放熱反應,且金屬本身的導熱性要低。
符合上述氣割條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼以及鈦。其它常用的金屬材料如鑄鐵、不鏽鋼、鋁和銅等由於不滿足上述條件,所以不能套用氧氣切割,這些材料目前常用的切割方法是等離子弧切割

燃燒氧化預防

預防鎂合金在壓鑄過程中的燃燒和氧化的方法有:熔化金屬和空氣中的氧/氮的反應減少到最低程度;在低於初始熔點的溫度下,可以使大塊的金屬不燃燒;有液體金屬出現時,不使用熔化保護可能會發生劇烈的氧化/燃燒;隨著溫度的增加,液體金屬的汽化增加了火災發生的可能性;低熔點下使用乾燥而乾淨的鹽熔液;含有少量SF6和SO2保護氣體;採用IMA(國際鎂合金協會)建議使用的熔化保護,對於標準的壓鑄操作,最常見的做法是乾燥空氣中混合0.2%的SF6;為避免吸收水分,不要使用過長的保護氣體輸送管;在輸入鑄錠和其它操作時,儘量減少爐蓋視窗的打開時間;儘量避免各種泄漏;確保保護氣體直接通至熔化金屬表面;在提供良好保護的前提下,把流量調節到最少;確保保護氣體的供應不能中斷;用熔渣工具經常清理熔化金屬表面積聚的反應物。

火災預防

在某些物理狀況下,幾乎所有鹼金屬會導致燃燒,其中有很多種會造成較特殊的危害。由於輕易造成燃燒,一些金屬稱為“易燃金屬”,有起火特性。

分類

易燃金屬要根據分子量、溫度、穩定性及種類來作精確區分並不輕易,為簡化火災安全介紹,使用下列方法來區分易燃金屬。(1)自燃金屬:包括一些鹼性物質,如鎂、鈦、鋅、銫、銣、及鈉鉀合金。(2) 放射性物質:如鈽、釷及鈾等。(3) 非自燃金屬:包含貿易用結構物,如鎂、鈦、鋅、鉿等。一些大塊物質,如塊狀物及壓成塊狀型式的金屬,在水中並非自燃,但磨成粉狀則會自燃。以機械處理磨成粉狀比儲存在桶中要更易燃燒。由於表面積增加,粉狀比塊狀更易反應,且金屬箔比薄頁紙更易燃燒。灰塵及粉狀物為高反應形式,甚至有一些為自發性反應。

危害因素

易燃金屬燃燒、爆炸的直接相關因素:
主要因素為燃燒速率,剛開始時反應較慢,然後迅速反應至爆發,由點而線而面至整體迅速反應。
次要因素為潛伏危害,如溫度、濕度、純度、表面氧化度、壓力等等。這些因素將可能是導致反應的重要因素。直接影響其燃燒,同時其潛伏熱量可能提升至燃燒溫度。
燃點及能量為兩大重要因素,但是像電火花、露天火苗、靜電、機械運轉的摩擦生熱都有可能造成燃燒。

災難防止對策

減低起火、爆炸的可能性:
1.使用較小量的自燃物或不易燃合金。
2.當操作時,降低運作所產生的熱能。
3.當研磨、切片時,碎屑應儘快清理乾淨,以免發生反應造成危害。
4.降低導致燃燒的因素,特別是接近現場時。
5.操作當中附加惰性氣體,如氦、氬等。
6.避免污染到金屬有機物及易(可)燃潤滑油。
7.儘量防止金屬粉曝露在空氣中。若可行,則使用密閉設備及集塵裝置。
8.提供減壓設備,當過壓時可避免危害。

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