重慶化工醫(yī)學(xué)工程:氣體燃燒裝置回火的表現(xiàn)形式、原因分析和處理辦法

催化劑的生產(chǎn)制備過程中，大量用到利用高溫進行焙燒、加熱與干燥的爐子，也用到處理尾氣的焚燒爐等。通過燃?xì)馀c空氣混合燃燒產(chǎn)生火焰，即燃?xì)饧訜釥t，在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用[1]。根據(jù)燃?xì)馀c空氣混合情況不同，一般將氣體燃燒器的燃燒分為三種方式，即擴散式燃燒、預(yù)混部分空氣燃燒（大氣式燃燒）和無焰燃燒。對于后兩種燃燒形式，燃?xì)夂涂諝饣旌虾?，從火嘴噴出并被點燃，不一定形成穩(wěn)定的火焰。氣體回火燃燒就是混合氣體離開火孔的速度小于燃燒速度時，火焰根部鉆進火孔，破壞了燃燒的動平衡條件，發(fā)生了混合氣體在燃燒器引射管內(nèi)燃燒的狀況，燃燒點的火會通過管道向氣源方向蔓延?；鼗瓞F(xiàn)象必須解決，它破壞了一次空氣的吸入（當(dāng)燃?xì)庖淇諝鈺r，造成空氣不足，火焰向混合腔進行，稱為回?zé)虻挂u回火；當(dāng)空氣引射燃?xì)鈺r，則因空氣量過大，造成不完全燃燒，引起爆鳴和噪音，稱為逆火或爆鳴回火） [2]。如果回火發(fā)生在混合腔內(nèi)，可能會發(fā)生如下狀況：燒毀噴嘴、將混合腔燒變形甚至燒出裂縫，嚴(yán)重回火可能引起爆炸。我單位焚燒爐在投用后一直不正常，頻繁發(fā)生回火現(xiàn)象；鐘罩窯也發(fā)生過一次回火。下面將結(jié)合不同情況對回火的表現(xiàn)形式作具體描述和原因分析，并提出改造措施，介紹改造后的效果。

1 新活化焚燒爐回火

1.1 系統(tǒng)簡介

我公司生產(chǎn)運行一部新活化系統(tǒng)包括燃?xì)馐交祜L(fēng)間接加熱熱風(fēng)爐、助燃風(fēng)機、熱風(fēng)供風(fēng)機、尾氣焚燒爐、排煙氣風(fēng)機、智能燃燒控制系統(tǒng)等，尾氣燃燒器使用ECLIPSE公司的線性燃燒器。

1.2 存在問題

尾氣焚燒爐自2017年2月投用以來一直不能穩(wěn)定運行，經(jīng)常出現(xiàn)回火。鼓引風(fēng)系統(tǒng)整體運行在微負(fù)壓環(huán)境內(nèi)，微負(fù)壓為-2 ～ -1 kPa。設(shè)備尾氣燃燒器使用的是ECLIPSE公司的線性燃燒器，爐頭燃?xì)馊牍茉趥?cè)面，因而爐頭整體在外面，燒嘴無法探入系統(tǒng)內(nèi)。這樣，實際在點火和燃燒過程中，爐頭部份很難和系統(tǒng)一樣保持負(fù)壓。出現(xiàn)的現(xiàn)象是點火初期能正常燃燒，隨著溫度升高，達(dá)到150 ℃左右時會出現(xiàn)回火，火焰向外燃燒直接燒到燃?xì)夤芫€，非常危險。在不點爐的情況下，系統(tǒng)負(fù)壓建立迅速平穩(wěn)，負(fù)壓較大；當(dāng)燃燒到150 ℃以下時，燃燒基本平穩(wěn)；但通過爐子后面的小視窗可以發(fā)現(xiàn)，火焰是向外燒的，窗子開大點，火焰就向爐內(nèi)退一點，但即使開到*大，當(dāng)溫度達(dá)到150 ℃以上時，火焰就不后退了，在不確定的時間點就聽到砰的一聲，火焰就向外燒，從爐頭的縫隙噴出。進一步觀察可以發(fā)現(xiàn)火焰的顏色是發(fā)黃的，說明系統(tǒng)的供氧不夠。所以一開始我們采取的方法是盡可能密封爐頭和爐體的縫隙，希望能在爐頭建立負(fù)壓，既不讓火焰向外燒又能提供足夠的氧，但不起作用。又在助燃風(fēng)管線上加閥門，通過調(diào)節(jié)助燃風(fēng)，調(diào)節(jié)爐頭的壓力，還是不行。從圖1可以看到回火的不同狀態(tài)，火焰把焊縫燒開，嚴(yán)重時把爐頭的固定鋼板都燒塌變形。在平時的操作中還發(fā)生過點火時爆燃的情況，爐體劇烈振動，把爐體外側(cè)固定用的條形鋼帶都震開了，螺絲飛出。氣動系統(tǒng)由空氣壓縮機、干燥機、儲氣罐、控制閥件、管道等組成。空氣壓縮機的容量根據(jù)氣動閘擋水高度、寬度及起升時間要求確定。氣動系統(tǒng)設(shè)有手動控制閥，以備失電情況下可手動排氣使閘門倒伏。

1.3 原因分析

不同結(jié)構(gòu)形式的燒嘴，可以造成不同的氣流混合條件，形成不同的混合強度，火焰的穩(wěn)定性也就不同[3]。從本質(zhì)上說，導(dǎo)致燒嘴回火的根本原因是火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥跉饬髁鞒鏊俣取Ｈ紵齻鞑ミ^程引起的穩(wěn)定狀態(tài)——這一依靠建立氣流速度和燃燒前沿傳播速度之間的平衡關(guān)系被打破所造成的。層流下燃燒前沿的傳播速度稱為正常傳播速度，紊流下的傳播速度稱為實際傳播速度。盡管實際燃燒多是在紊流下進行，但層流下的燃燒問題是*基本的，也很具有實際意義。影響正常傳播速度的因素包括可燃?xì)獾某煞?、濃度、相對壓力，可燃混合物的初始溫度、氧含量和流動阻力等。如果氣流速度很低，低于此處的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，使火焰剛好進入燒嘴口，在邊界層內(nèi)發(fā)生了回火現(xiàn)象。即，當(dāng)在燒嘴邊緣處的速度梯度g達(dá)到一個臨界值時，回火就發(fā)生了。