第34卷第1期玻璃與搪瓷ol. 34 No I2006年2月glass enamelFeb.2006天然氣火焰孫承緒(華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200237)摘要:從燃料的組成和燃燒過程以及燃燒產(chǎn)物的成份,分析了天然氣火焰與重油火焰相比較,具有軟、飄、暗的原因,提出了克服這些弊端的方法。關(guān)鍵詞:天然氣;火焰;霧化;增碳中圖分類號:Tq171.6*22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1000-2871(2006)01-0060-02Flame of Natural GasSUN Cheng-xu不同燃料釆用不同的燃燒方式,會(huì)產(chǎn)生不同特性的火焰。不同窯型熔制不同的玻璃,會(huì)對火焰提出不同的要求。作為窯爐工作者,應(yīng)該了解這兩頭,即產(chǎn)生怎樣的火焰和需要什么樣的火焰;還要設(shè)法從噴嘴結(jié)構(gòu)、燃燒技術(shù)等方面使產(chǎn)生的火焰滿足需要。這樣,窯爐才能順利運(yùn)行,取得良好效果。所以,研究火焰熔窯的核心問題之一是火焰。天然氣火焰的特點(diǎn)是軟、飄、暗,或者說是軟飄無力(無剛性)、暗淡無光。它與剛、平(方向性好)、亮,或者說是剛直有力、明亮發(fā)光的重油火焰特點(diǎn)正好相反。顯然,這是不符合玻璃熔窯要求的。1天然氣火焰為什么軟、飄,重油火焰為什么剛、平要從燃料的組成和燃燒過程來看。重油是長鏈碳?xì)浠衔?。玻璃熔窯內(nèi)通常采用霧化燃燒法,燃燒過程是:重油霧化→油滴蒸發(fā)→油霧與空氣混合→著火燃燒。其中霧化階段是燃燒過程的關(guān)鍵。根據(jù)霧化機(jī)理,重油霧化有兩種方式。一是機(jī)械霧化,它是將重油加以高壓(一般為1~3.5MPa,1035am)以較大的速度并以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式從小孔噴入氣體空間使油霧化,噴出的火焰瘦長、剛性較好;二是介質(zhì)霧化,它是利用一定角度高速噴出的霧化介質(zhì)使油流股分散成細(xì)霧。通常我們采用高壓霧化,霧化介質(zhì)多用壓縮空氣,壓力為0.1-0.7MPa(1-7am),流速為300~400m/s,屬高壓氣體的流出,有一定動(dòng)量。用預(yù)熱的壓縮空氣霧化時(shí),不僅能保持油粘度不變,還能加快霧化介質(zhì)流速和提高火焰溫度。此時(shí)噴出的火焰較短,剛性較強(qiáng)。具有較強(qiáng)剛性的火焰在噴出方向有相當(dāng)沖力(由動(dòng)量轉(zhuǎn)變),克服了促使其向上彎曲(飄)的浮力。所以,重油火焰的方向性好,可以貼液面平射天然氣是以甲烷為主的烷烴類氣體。天然氣在大氣中的燃燒是擴(kuò)散式燃燒。燃燒過程是:天然氣與空氣混合→著火燃燒。其中混合是燃燒過程的關(guān)鍵?；旌闲ЧQ于五要素:①)兩氣流的溫度,2兩氣流的質(zhì)量,(3兩氣流的相對速度,(4)兩氣流的相交角度,⑤5兩氣流的接觸情況。擴(kuò)散式燃燒時(shí),天然氣與空氣兩氣流的情況是:沒有經(jīng)過預(yù)熱,體積差大(1份天然氣燃燒約需10份空氣),密度差較大(天然氣與空氣的密度差為0.58~0.62:1),相對速度和交角小,相遇時(shí)無渦流。所以,單純的擴(kuò)散燃燒混合不良,燃燒不完全,火焰收稿日期:2005-09-23第34卷第1期玻璃與搪瓷6/軟而長。天然氣火焰噴出速度小、動(dòng)量小,難以克服火焰空間的高溫浮力,必然會(huì)向上飄。燃燒過程中還有一燃燒速度問題。從資料中査得,氣體最大的火焰?zhèn)鞑ニ俣?m/s)是:H2.8,C00.56CH0.38。故重油火焰的最大傳播速度,亦即燃燒速度大于天然氣火焰。迫使重油火焰噴出速度要大,噴出火焰的剛性就強(qiáng)。2天然氣火焰為什么暗淡,重油火焰為什么明亮要從燃燒產(chǎn)物的成份來談。天然氣火焰內(nèi)基本上是由CO2水蒸汽等氣體組成屬氣體輻射,具有間斷光譜特征,只有幾條較狹的光帶向外輻射熱量,黑度小(0.2~0.3),呈暗焰。重油火焰內(nèi)除CO2、水蒸汽外,還含有熱解析出大量微細(xì)的游離碳粒,也即除氣相外還包含著固相。固體輻射具有連續(xù)光譜特征,輻射強(qiáng)度大。所以,重油火焰的黑度大(0.5-0.85),呈明亮的輝焰。3怎樣克服天然氣火焰的軟、飄、暗可由重油的燃燒得到啟發(fā)3.1從軟飄到剛(1)使噴出氣流具有較大的壓力和流速A、“仿機(jī)械霧化”——提高天然氣壓力(噴口壓力達(dá)0.5MPa,5atm),用天然氣引射空氣,不需壓縮空氣這類燒嘴以內(nèi)混為主,要冷卻。它的使用情況是:①天然氣壓力增高,噴出速度加快,火焰長度縮短。②可任意調(diào)整上下左右的火焰角度與長度。③天然氣壓力要保證,火焰調(diào)節(jié)能力較差,使用效果欠佳。這類燒嘴可以德國高定公司制造的燒嘴為代表。B、“仿介質(zhì)霧化”—用壓縮空氣(壓力0.1~0.4MPa,1-4atm)引射天然氣(壓力0.003~0.005MPa0.03-0.05am)。這類燒嘴以外混為主,不要冷卻,要配預(yù)燃室。它的使用情況是:①用壓縮空氣量調(diào)節(jié)火焰長度,增大壓縮空氣量,混合好,火焰縮短。②用壓縮空氣壓力調(diào)節(jié)火焰長度,壓力增高,流速加快、動(dòng)量變大、火焰縮短。③火焰易調(diào)節(jié)。這類燒嘴可以國內(nèi)制造的TY型燒嘴為代表。(2)使兩氣流有一定的交角,流程中設(shè)置障礙,產(chǎn)生碰撞或渦流。在燒嘴內(nèi)設(shè)旋流片、多孔板、置收縮角,使兩氣流以一定角度多流股沿切線方向相交(3)用新穎的帶長方形噴口的扁平燒嘴得到扁平火焰。它能保證有效燃燒,對玻璃液的覆蓋面大,給岀足夠高和均勻的熱流,可降低燃料消耗量20%-25%,還可縮短火焰長度和減少安設(shè)燒嘴的數(shù)量。3.2從暗淡到明亮采用增碳措施。增碳就是使天然氣在高溫缺氧條件下按以下諸式進(jìn)行熱解683℃起游離C+2H2-QCnH→→(n-m/4)C+m/4CH4-QCH4+1/202-→游離C+H2+H2O+Q生含少量H2的碳粒,可使黑度提高到0.6。熱解程度取決于溫度、時(shí)間和預(yù)混的空氣量。渦流區(qū)‖窗可在燒嘴內(nèi)或燒嘴外增碳。燒嘴內(nèi)增碳是將天然氣與部分空氣預(yù)混,在高溫下天然氣熱解。燒嘴外增碳是在小爐預(yù)燃室,尤其是渦流區(qū)(見圖)內(nèi)高溫缺氧的條件下使噴出的天然氣熱解。也可以在供給池窯天然氣的管道上滴入少許重油或焦油混入天然氣,一同噴入窯內(nèi),在高溫下裂化、游離出碳粒。