重慶化工醫學(xué)工程:氣體燃燒裝置回火的表現形式、原因分析和處理辦法

催化劑的生產(chǎn)制備過(guò)程中，大量用到利用高溫進(jìn)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(guò)燃氣與空氣混合燃燒產(chǎn)生火焰，即燃氣加熱爐，在生產(chǎn)中廣泛應用[1]。根據燃氣與空氣混合情況不同，一般將氣體燃燒器的燃燒分為三種方式，即擴散式燃燒、預混部分空氣燃燒（大氣式燃燒）和無(wú)焰燃燒。對于后兩種燃燒形式，燃氣和空氣混合后，從火嘴噴出并被點(diǎn)燃，不一定形成穩定的火焰。氣體回火燃燒就是混合氣體離開(kāi)火孔的速度小于燃燒速度時(shí)，火焰根部鉆進(jìn)火孔，破壞了燃燒的動(dòng)平衡條件，發(fā)生了混合氣體在燃燒器引射管內燃燒的狀況，燃燒點(diǎn)的火會(huì )通過(guò)管道向氣源方向蔓延?；鼗瓞F象必須解決，它破壞了一次空氣的吸入（當燃氣引射空氣時(shí)，造成空氣不足，火焰向混合腔進(jìn)行，稱(chēng)為回燒或倒襲回火；當空氣引射燃氣時(shí)，則因空氣量過(guò)大，造成不完全燃燒，引起爆鳴和噪音，稱(chēng)為逆火或爆鳴回火） [2]。如果回火發(fā)生在混合腔內，可能會(huì )發(fā)生如下?tīng)顩r：燒毀噴嘴、將混合腔燒變形甚至燒出裂縫，嚴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)生回火現象；鐘罩窯也發(fā)生過(guò)一次回火。下面將結合不同情況對回火的表現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 系統簡(jiǎn)介

我公司生產(chǎn)運行一部新活化系統包括燃氣式混風(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、智能燃燒控制系統等，尾氣燃燒器使用ECLIPSE公司的線(xiàn)性燃燒器。

1.2 存在問(wèn)題

尾氣焚燒爐自2017年2月投用以來(lái)一直不能穩定運行，經(jīng)常出現回火。鼓引風(fēng)系統整體運行在微負壓環(huán)境內，微負壓為-2 ～ -1 kPa。設備尾氣燃燒器使用的是ECLIPSE公司的線(xiàn)性燃燒器，爐頭燃氣入管在側面，因而爐頭整體在外面，燒嘴無(wú)法探入系統內。這樣，實(shí)際在點(diǎn)火和燃燒過(guò)程中，爐頭部份很難和系統一樣保持負壓。出現的現象是點(diǎn)火初期能正常燃燒，隨著(zhù)溫度升高，達到150 ℃左右時(shí)會(huì )出現回火，火焰向外燃燒直接燒到燃氣管線(xiàn)，非常危險。在不點(diǎn)爐的情況下，系統負壓建立迅速平穩，負壓較大；當燃燒到150 ℃以下時(shí)，燃燒基本平穩；但通過(guò)爐子后面的小視窗可以發(fā)現，火焰是向外燒的，窗子開(kāi)大點(diǎn)，火焰就向爐內退一點(diǎn)，但即使開(kāi)到*大，當溫度達到150 ℃以上時(shí)，火焰就不后退了，在不確定的時(shí)間點(diǎn)就聽(tīng)到砰的一聲，火焰就向外燒，從爐頭的縫隙噴出。進(jìn)一步觀(guān)察可以發(fā)現火焰的顏色是發(fā)黃的，說(shuō)明系統的供氧不夠。所以一開(kāi)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(xiàn)上加閥門(mén)，通過(guò)調節助燃風(fēng)，調節爐頭的壓力，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(kāi)，嚴重時(shí)把爐頭的固定鋼板都燒塌變形。在平時(shí)的操作中還發(fā)生過(guò)點(diǎn)火時(shí)爆燃的情況，爐體劇烈振動(dòng)，把爐體外側固定用的條形鋼帶都震開(kāi)了，螺絲飛出。氣動(dòng)系統由空氣壓縮機、干燥機、儲氣罐、控制閥件、管道等組成?？諝鈮嚎s機的容量根據氣動(dòng)閘擋水高度、寬度及起升時(shí)間要求確定。氣動(dòng)系統設有手動(dòng)控制閥，以備失電情況下可手動(dòng)排氣使閘門(mén)倒伏。

1.3 原因分析

不同結構形式的燒嘴，可以造成不同的氣流混合條件，形成不同的混合強度，火焰的穩定性也就不同[3]。從本質(zhì)上說(shuō)，導致燒嘴回火的根本原因是火焰傳播速度大于氣流流出速度。燃燒傳播過(guò)程引起的穩定狀態(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(chēng)為正常傳播速度，紊流下的傳播速度稱(chēng)為實(shí)際傳播速度。盡管實(shí)際燃燒多是在紊流下進(jìn)行，但層流下的燃燒問(wèn)題是*基本的，也很具有實(shí)際意義。影響正常傳播速度的因素包括可燃氣的成分、濃度、相對壓力，可燃混合物的初始溫度、氧含量和流動(dòng)阻力等。如果氣流速度很低，低于此處的火焰傳播速度，使火焰剛好進(jìn)入燒嘴口，在邊界層內發(fā)生了回火現象。即，當在燒嘴邊緣處的速度梯度g達到一個(gè)臨界值時(shí)，回火就發(fā)生了。