以丙烷為燃料，助燃劑用空氣或空氣與氮氣的混合物進(jìn)行實驗。實驗中往空氣中摻混氮氣的目的是要得到氧體積濃度不同的助燃劑，助燃劑的氧體積濃度變化范圍為2％～21％，最高預(yù)熱溫度為1000"C，來對不同預(yù)熱空氣溫度及不同氧體積濃度條件下的火焰進(jìn)行了實驗研究。

實驗表明，火焰體積、火焰形狀和火焰的亮度等特性隨助燃劑預(yù)熱溫度和氧體積濃度的變化而明顯改變。主要的規(guī)律有如下幾點，如圖1-9所示。

1． 隨助燃劑預(yù)熱溫度的升高和氧體積濃度的降低，火焰體積逐漸增大

圖1-9表明，火焰體積隨助燃劑預(yù)熱溫度和氧體積濃度的改變而改變。如氧體積濃度為21％時，各預(yù)熱溫度下的火焰均短小緊湊：而當(dāng)預(yù)熱溫度高于800℃后，隨著氧體積濃度的降低，火焰逐漸變大：當(dāng)預(yù)熱溫度為1000℃，氧體積濃度降為15％時的火焰體積已成倍擴(kuò)大．實驗中觀察到，當(dāng)預(yù)熱溫度為1000℃，氧體積濃度進(jìn)一步降低至2％時，火焰甚至進(jìn)入了排煙道。由此可見，高溫低氧氣氛能明顯增大火焰體積。

圖1-9示出的所有火焰在形狀方面既有共性，又有差別。共性是各火焰均由燃料噴嘴出口處開始由小變大。差別是低氧條件下的火焰主體與高氧條件下的火焰主體在形狀上明顯不同。實驗中觀察到高溫低氧時的火焰主體呈濃霧狀，其邊緣無穩(wěn)定的形態(tài)。圖1-9中示出的火焰形態(tài)都只是攝影時爆光那一瞬間的景象。而氧體積濃度為21％的各火焰均有如圖1-9所示的那種基本穩(wěn)定的形狀。這表明前者是動態(tài)火焰，而后者是靜態(tài)火焰。造成這種現(xiàn)象的原因是，氧體積濃度為21％時，燃料分子在噴嘴附近的較小空間內(nèi)便與足夠多的氧分子相遇，來不及擴(kuò)散到爐膛較大空間就被全部氧化，而在高溫低氧氣氛時，由于氧分子被大量惰性氣體分子所分散，噴嘴附近的氧分子數(shù)量已明顯少于氧體積濃度為21％時的氧分子數(shù)量，只有小量的燃料分子在噴嘴附近與氧分子相遇發(fā)生燃燒，而大量的燃料分子必須到爐膛大空間中才能與氧分予相遇發(fā)生燃燒。也正是這一原因，使得高溫低氧條件下的火焰體積明顯增大。

2．隨助燃劑預(yù)熱溫度升高和氧體積濃度的降低，火焰亮度逐漸變?nèi)醪②呌跓o色

圖1-9表明。助燃劑預(yù)熱溫度及氧體積濃度也是影響火焰亮度與顏色的主要因素，在高溫低氧條件下，火焰亮度明顯減弱，火焰顏色明顯改變。如氧體積濃度保持為21％不變時的各火焰，它們的亮度均很強(qiáng)，而且預(yù)熱溫度越高，火焰越刺眼，即火焰的發(fā)光強(qiáng)度越大。而高溫低氧條件下的火焰亮度明顯低于同溫度普通空氣燃燒的火焰亮度，看上去比較柔和。實驗中觀察到的火焰顏色隨助燃劑預(yù)熱溫度及氧體積濃度的變化情況是：隨著預(yù)熱溫度的升高和氧體積濃度的降低，火焰顏色由黃色變?yōu)樗{(lán)色、藍(lán)綠色、綠色。甚至無色。如氧體積濃度為21％的各火焰的顏色以黃色為主，夾雜些藍(lán)色；當(dāng)氧體積濃度為15％，預(yù)熱溫度為800℃時，火焰顏色則以藍(lán)綠色為主：進(jìn)一步降低氧體積濃度至596，提高助燃劑溫度到1000 4C，這時，火焰顏色基本上呈綠色；氧體積濃度降至296時，則火焰顏色十分淺，在爐壁的映襯下，看上去似乎沒有火焰。圖卜9還表明，只有在提高助燃劑預(yù)熱溫度的同時降低氧含量，才能使火焰亮度減弱，才能使火焰的色差減小。

3．隨助燃劑預(yù)熱溫度的升高和氧體積濃度的降低，燃燒噪音逐漸剛醫(yī)

隨著助燃劑預(yù)熱溫度的升高和氧體積濃度的降低[27]，燃燒噪音逐漸降低。盡管預(yù)熱后的助燃劑與一次燃料混合燃燒后高速噴入爐內(nèi)，速度高達(dá)n～n X lOm／s(n為1～10的正整數(shù))，具有高速燒嘴的特點，但其燃燒噪音卻比高速燒嘴所產(chǎn)生的噪音低·這是由于爐內(nèi)氣氛為高溫低氧，燃料與氧氣發(fā)生燃燒的區(qū)域擴(kuò)大。燃料首先進(jìn)行裂解、重組等過程，形成與傳統(tǒng)燃燒完全不同的熱力學(xué)條件。燃料在低氧條件下，化學(xué)反應(yīng)馘反而得以延緩，因而，燃燒產(chǎn)生的噪音較低。

由圖1-9可定性地看出，在以氧體積濃度為橫軸，預(yù)熱溫度為縱軸的坐標(biāo)圖上，應(yīng)存在一條曲線，以它為界，左上區(qū)域為穩(wěn)定燃燒區(qū)，右下區(qū)域為不燃燒區(qū)：穩(wěn)定燃燒區(qū)又可分成普通燃燒區(qū)、高溫燃燒區(qū)和高溫低氧燃燒區(qū)3個區(qū)域(如圖1-lO所示)。

一般而言，普通燃燒區(qū)的條件大致為：助燃劑預(yù)熱溫度在800"(2pA下，氧體積濃度為21％～15％：高溫燃燒區(qū)的條件大致為：助燃劑預(yù)熱溫度在800"C以上，氧體積濃度為21％～15％；高溫低氧燃燒區(qū)的條件大致為：助燃劑預(yù)熱溫度在800"C以上，氧體積濃度為15％以下。

3．高溫低氧燃燒技術(shù)優(yōu)勢

高溫空氣燃燒的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：[勰-30]

(1)采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換空氣與煙氣，使之流經(jīng)蓄熱體，能夠在最大程度上回收高溫?zé)煔獾娘@熱，節(jié)能效果很大，可節(jié)能30％以上，同時也降低了C0，的排放量，減少了對溫室效應(yīng)的影響。

(2)可將燃燒空氣預(yù)熱至800～1000"C以上的溫度水平，可以大大提高理論燃燒溫度，從而使?fàn)t溫得到提高。一般而言，預(yù)熱空氣溫度每提高100"C可使理論燃燒溫度提高50"C左右，節(jié)能3％～5％，此外該技術(shù)形成的是與傳統(tǒng)火焰迥然不同的新火焰類型，真正實現(xiàn)了高溫低氧燃燒，與傳統(tǒng)的燃燒機(jī)理完全不同。由于火焰的燃燒區(qū)域擴(kuò)大從而消除了局部高溫，從兩形成均勻的爐內(nèi)溫度場分布，不但提高了產(chǎn)品的加熱質(zhì)量，同時延長了爐子耐火材料的使用壽命。

(3)由于消除了爐內(nèi)局部高溫，爐膛內(nèi)溫度均勻，可使?fàn)t子的溫度提高至耐火材料的使用極限以強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱，同樣產(chǎn)量的爐膛尺寸可以縮小20％以上。爐子尺寸減小后一方面可以降低造價，另一方面又可以使?fàn)t子散熱減少，使節(jié)能工作又上了一個新臺階。改變?nèi)紵到y(tǒng)為蓄熱式燃燒系統(tǒng)后，氧化燒損大大減少，可提高金屬的成材率。

(4)用分散式余熱回收方式代替集中式余熱回收方式，當(dāng)爐子的不同區(qū)域有不同溫度控制要求時，控制調(diào)節(jié)手段更加方便有效。

(5)傳統(tǒng)的燃燒機(jī)理中，由于存在局部高溫區(qū)，即使采用了低NOx技術(shù)也無法實現(xiàn)超低NOx排放。而高溫低氧燃燒形成的均勻溫度場，有效消除了局部高溫，在預(yù)熱助燃空氣溫度很高的情況下，真正實現(xiàn)了超低NOx排放。

(6)可以燃燒低熱值燃料，許多工業(yè)爐的工作溫度都比較高，燃燒低熱值燃料將達(dá)不到所需要的爐溫。要在軋鋼加熱爐和鋼包烘烤上使用高爐煤氣，理論上應(yīng)將空氣和高爐煤氣預(yù)熱到500"C以上。使用金屬換熱器實現(xiàn)空煤氣預(yù)熱到500℃以上，一方面成本很高，另一方面，在使用了一段時間后，金屬換熱器由于腐蝕和積灰總是再也達(dá)不到設(shè)計溫度。采用高溫空氣燃燒技術(shù)后，可以方便地將空氣和高爐煤氣預(yù)熱至超過1000℃，其燃燒溫度可以滿足目前所有工業(yè)爐的爐溫要求。在許多地方，高爐煤氣由于無法使用不得不放散掉，因此采用HTAC技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益是極其可觀的。

(7)要求的煤氣壓力較低，采用高溫空氣燃燒技術(shù)的加熱爐要求煤氣接點壓力僅為4kPa(實際運(yùn)行過程中壓力僅為2kPa，甚至更低時也能保證穩(wěn)定生產(chǎn))，而常規(guī)加熱爐由于要克服換熱器阻力損失，要求換熱器入口壓力不得低于一定值。顯然，前者降低了此方面的投資。

(8)對于低負(fù)荷生產(chǎn)時單耗增加不明顯，采用高溫空氣燃燒技術(shù)的加熱爐由于廢氣排放溫度僅為15012左右，廢氣熱損失小，故爐子單耗隨熱負(fù)荷的變化小，而常規(guī)加熱爐的單耗隨熱負(fù)荷變化而明顯交化。這個特點使得采用高溫空氣燃燒技術(shù)的加熱爐特別適合產(chǎn)量波動較大的生產(chǎn)單位。

(9)操作方便，勞動條件大大改善。采用高溫空氣燃燒技術(shù)的加熱爐只要在儀表室內(nèi)操作即可，大大改善了工人的勞動條件，避免了高爐煤氣中毒的危險。

(10)投資回報率高，采用高溫空氣燃燒技術(shù)，可以減小爐子尺寸，降低筑爐造價；可以省略金屬換熱器和傳統(tǒng)的高煙囪，降低投資；爐臆溫度均勻，消除局部高溫，可以延長爐子的壽命；空氣過剩系數(shù)可以達(dá)到理想的配比，減少了氧化燒損，提高工件的加熱質(zhì)量；極大地降低燃料消耗。

鳳谷工業(yè)爐集設(shè)計研發(fā),生產(chǎn)銷售,培訓(xùn)指導(dǎo),售后服務(wù)一體化,專利節(jié)能技術(shù)應(yīng)用,每年為企業(yè)節(jié)省40%-70%的能源成本,主要產(chǎn)品換熱器,加熱爐,工業(yè)爐,節(jié)能爐,蓄熱式爐，歡迎致電咨詢:0510-88818999