天然氣高速燒嘴點(diǎn)火性能的探討
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天然氣高速燒嘴點(diǎn)火性能的探討
摘要:在不同的條件卜對天然氣高速燒嘴的點(diǎn)火性能進(jìn)行了實(shí)驗研究，探討了氣源種類、助燃空氣壓力、燃?xì)鈮毫Α⒖諝馀c燃?xì)獾谋壤怏w流量、點(diǎn)火電極等因素對天然氣高速燒嘴的點(diǎn)火性能的影響。這對于確保天然氣高速燒嘴的順利點(diǎn)火與正確使用具有重要意義。
關(guān)鍵詞:燒嘴;點(diǎn)火;實(shí)驗研究
1 前言
高速燒嘴的點(diǎn)火是影響燒嘴使用性能的主要因素之一，在大規(guī)模自動化生產(chǎn)線上這一點(diǎn)尤為重要。本文通過對某大型連續(xù)式全自動推板窯上使用的3種型號的天然氣高速燒嘴進(jìn)行的實(shí)驗研究，探討了氣源種類、助燃空氣壓力、燃?xì)鈮毫Α⑦^剩空氣系數(shù)、點(diǎn)火電極、環(huán)境溫度等因素對天然氣高速燒嘴的點(diǎn)火性能的影響，并對天然氣高速燒嘴的順利點(diǎn)火、正確使用提出指導(dǎo)性意見。
2研究條件
2.1燒嘴
針對某大型連續(xù)式全自動推板窯上所使用的3種型號的天然氣高速燒嘴進(jìn)行實(shí)驗研究。用于實(shí)驗的3種型號的燒嘴主要區(qū)別在于燃燒功率不同，功率分別為35 kW(簡稱“燒嘴A"> > 30 kW(簡稱“燒嘴B "> > 15 1}W(簡稱“燒嘴C "}，它們的調(diào)節(jié)比均為10 :1。這些燒嘴都是為適應(yīng)天然氣燃燒而設(shè)計制造的，燒嘴的燃燒方式均為開放式燃燒。為了檢驗在不同狀態(tài)下的點(diǎn)火性能，在實(shí)驗時除按正常使用工況將其水平安裝于窯爐上考察使用天然氣時的點(diǎn)火狀況外，還特意選用了液化石油氣進(jìn)行實(shí)驗，為此專門設(shè)計了一套工裝用于模擬正常工況。
圖1為燒嘴的簡圖及其工作原理。
2.2燃?xì)?br /> 天然氣的有關(guān)指標(biāo)參數(shù)(天然氣公司提供)如表1。液化石油氣為家用15 kg裝液化石油氣，具體指標(biāo)參見國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
圖1中，Z為點(diǎn)火電極，點(diǎn)火時提供高達(dá)5 000V的高壓，I為監(jiān)測電極，一旦點(diǎn)火成功正常燃燒時它就能輸出電流到控制單元，如熄火則電流中斷。
3實(shí)驗研究
3.1氣源種類的影響
當(dāng)使用液化石油氣作為研究對象時，助燃空氣的最大壓力為4 000 Pa，最大流量為600 m;/h，石油氣經(jīng)減壓閥減壓后最大壓力為3 000 Pa。液化石油氣與助燃空氣均為常溫。實(shí)驗情況見表20當(dāng)上述燒嘴使用液化石油氣點(diǎn)火燃燒時，在燃?xì)狻⒅伎諝獾膲毫土髁烤幱谳^低值時，能夠順利實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火;處于表2中最小值時，火焰不穩(wěn)定。液化石油氣的燃燒速度較低，在實(shí)驗過程中沒有發(fā)現(xiàn)有回火現(xiàn)象。脫火現(xiàn)象容易出現(xiàn)，特別是在助燃空氣和燃?xì)獾膲毫ο嗖钶^大更易發(fā)生脫火。上述燒嘴使用液化石油氣燃燒時，短時間內(nèi)在燒嘴頭處就積聚了較多的炭黑，說明燃燒不充分，長期使用液化石油氣對燒嘴燃燒不利。以下均為燒嘴安裝于窯爐正常工作位置后使用天然氣時的點(diǎn)火實(shí)驗情況。在正常使用、外界條件均穩(wěn)定的情況下，從3種類型的燒嘴中隨機(jī)各抽取了9只燒嘴進(jìn)行點(diǎn)火實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)9只燒嘴在相同的實(shí)驗條件下點(diǎn)火性能類似，綜合統(tǒng)計點(diǎn)火狀況相似率在95%以上。限于篇幅，以下記錄均以燒嘴B為準(zhǔn)，其余燒嘴基本可以認(rèn)定相同。
3.2壓力、流量對點(diǎn)火的影響
全窯燒嘴由一臺助燃風(fēng)機(jī)集中供風(fēng)，風(fēng)機(jī)最大壓力為6 5006 800 Pa，最大流量為1 500 m;/h。燃?xì)饪偣艿膲毫? 500 Pa，最大流量為40 m;/h。表3為當(dāng)燃?xì)馀c空氣均為25℃時燒嘴B的點(diǎn)火狀況。從表3可以看出，當(dāng)助燃空氣、燃?xì)獾膲毫υ?00 Pa以下、燃?xì)饬髁吭?.6 m;/h以下時，燒嘴的點(diǎn)火比較順利。特別是在二者壓力相似的情況下，點(diǎn)火最為順利。當(dāng)助燃空氣、燃?xì)獾膲毫Ω哂?00Pa時，如二者的壓力近似則勉強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，但火焰短時間內(nèi)就會爆滅、脫火。如二者的壓力、流量相差較大則不能順利點(diǎn)火。3.3過剩空氣系數(shù)的影響表4所示為常溫下對應(yīng)于不同空氣系數(shù)、壓力時燒嘴B的點(diǎn)火狀況。表4中空氣系數(shù)為計算而得，
計算過程略。
從表4可以看出，空氣系數(shù)為1.0,1.2,1.4時對點(diǎn)火最為有利，但加大燃?xì)饬髁恐?.0 m;/h以上時，點(diǎn)火已經(jīng)十分困難。當(dāng)空氣系數(shù)為0.8,1.6時，即使燃?xì)饬髁枯^小也難以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。
3.4溫度的影響
表5為助燃空氣預(yù)熱至70℃時燒嘴的點(diǎn)火狀況。對比表3所列，可以認(rèn)為助燃空氣預(yù)熱溫度不高時對燒嘴的點(diǎn)火影響不大。表6為當(dāng)燒嘴頭部溫度達(dá)到800℃時燒嘴的點(diǎn)火情況。在高溫下，燃?xì)狻⒖諝饩幱诘蛪毫r或者空氣系數(shù)較低時也能引起著火，但此時的火焰不穩(wěn)定，如需要可靠燃燒，點(diǎn)火后必須盡快調(diào)整各參數(shù)使之脫離不穩(wěn)定區(qū)。查資料可知，甲烷的最低自燃溫度為537 0C。在試驗時發(fā)現(xiàn)，盡管燒嘴頭部溫度達(dá)到800℃以上，但是點(diǎn)火狀況并不如想象中那么容易，除非各參數(shù)也靠近低溫時的著火區(qū)域。3.5點(diǎn)火電極對點(diǎn)火的影響表7為當(dāng)空氣系數(shù)為1.2時點(diǎn)火電極對燒嘴點(diǎn)火的影響狀況。點(diǎn)火電極與燃?xì)夤艿拈g距L如圖1所示。在同等條件下，當(dāng)L=2 mm時，可視火花最大，電火花能量也處于極大值，著火最為容易。而當(dāng)L<1.5 mm或>2.5 mm時，即使空氣系數(shù)達(dá)到低溫時的順利點(diǎn)火數(shù)值，高壓電火花能量都很難將可燃混合氣點(diǎn)燃著火。
4實(shí)驗結(jié)果
通過高速燒嘴的點(diǎn)火實(shí)驗研究，可以認(rèn)為: (1)天然氣中CHQ的體積含量達(dá)到96.05%，點(diǎn)火性能對天然氣的點(diǎn)火性能起著決定性的作用。CH、的著火濃度范圍為4.8%-13.46%。因此，要實(shí)現(xiàn)對天然氣順利點(diǎn)火，應(yīng)盡量使天然氣的濃度范圍接近CH、的著火濃度范圍; (2)天然氣的燃燒速度低，燃燒時對缺氧很敏感，一旦缺氧很容易發(fā)生脫火，但回火現(xiàn)象不易出現(xiàn)。因此在設(shè)計燃燒自動控制系統(tǒng)時，應(yīng)將脫火作為系統(tǒng)安全防護(hù)的重點(diǎn)加以考慮。在燃燒自動控制系統(tǒng)的設(shè)計中采取的實(shí)際措施是:當(dāng)出現(xiàn)脫火時，自動控制系統(tǒng)在很短的時間內(nèi)就能切斷燃?xì)夂椭伎諝獾墓┙o;(3)空氣系數(shù)、壓力、流量、點(diǎn)火電極對上述天然氣高速燒嘴的點(diǎn)火性能影響最大。只有當(dāng)空氣系數(shù)、壓力、流量、點(diǎn)火電極達(dá)到合適值或處于某個適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火區(qū)間，方能順利實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。助燃空氣與燃?xì)獾臏囟葘c(diǎn)火性能的影響相對來說要小一些。所以點(diǎn)火時應(yīng)密切關(guān)注空氣系數(shù)、壓力、流量、點(diǎn)火電極等因素;(4)由于有些數(shù)據(jù)很難精確得到，例如燃?xì)獾木唧w熱值不可能確定，計算空氣系數(shù)時只能綜合考慮高熱值與低熱值的影響，所以對實(shí)驗的最終結(jié)果可能會有所影響，但這種影響應(yīng)可以維持在一個相當(dāng)?shù)偷乃剑挥绊懽罱K實(shí)驗結(jié)果的確定。
4結(jié)論
通過引入各預(yù)測方法的預(yù)測相對誤差、預(yù)測對象的變化趨勢和灰色基本權(quán)重等概念，建立了軋鋼加熱爐的能耗模糊變權(quán)重組合預(yù)測模型。結(jié)果表明，此組合預(yù)測平均誤差和預(yù)測平方根誤差均較小。該方法建模數(shù)據(jù)少，計算簡便，預(yù)測結(jié)果精度較高，方法簡便，易于實(shí)際應(yīng)用，具有廣泛的適用性，為軋鋼加熱爐的能耗量準(zhǔn)確的預(yù)測提供了新思路。
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