新型燃气燃烧技术在电子工业窑炉上的应用.pdf

七、新型燃气燃烧技术在电子工业窑炉上的应用 武立云 (北京工业大学材料学院100022) 摘要： 介绍可用于电子工业窑炉的新型燃气燃烧技术和可应用的范围 关键词： 调温高速燃烧器脉冲控制受控脉动燃烧高温空气燃烧燃气空气比值调节 1前言 随着西部天然气、海洋天然气的开采，俄罗斯天然气的输入，煤层气的开发应用，燃煤 新型气化技术的开发应用，液化石油气的推广使用等工作的进展，燃气在我国能源结构中比 重逐渐增加，将有利于环境保护和国民生活水平与生产技术水平的提高。电子工业窑炉应抓 住这一机遇，合理地采用高新燃气技术加速工业窑炉的改造，达到提高产品质量与产量，节 能、降低生产成本，减少污染物的排放等效果。以下结合笔者的工作，对可应用于电子工业 窑炉的新型燃气燃烧技术进行简要的介绍。 2调温高速燃烧器 陶瓷坯体在烧成之前还含有残存的水分和结构水或有机溶剂需要排除，因此，在低温加 热阶段须缓慢升温，燃烧器开度很小，火焰喷速很慢，明显上浮，甚至出现炉顶已微红(约 60022)而炉底还在滴水(水蒸气冷凝)的现象。，炉内巨大的温差使加热时间不得不延长。为 解决这一难题，美国BicMey发明了调温高速燃烧器。它是在高速烧嘴上增设调温空气的供 应和混合系统与已完全燃烧的燃烧产物混合调节(降低)燃烧产物的温度，并以100m／s左右 的高速喷出，在炉内造成强烈的可控循环流动，使炉内温度和气氛均匀。通过调节调温空气 的流量，喷出燃烧产物的温度调节范围可达60—180022。在低温加热阶段，掺入大量调温 空气也有利于干燥或有机溶剂的排除均匀快速的进行。该燃烧系统可在不影响燃烧过程的前 提下，使炉内制品能精确地按给定的烧成曲线均匀快速加热和冷却，大幅度缩减烧成时问， 实现陶瓷制品的“快速烧成”，提高产品合格率，节省燃料，并可迅速推广。 70年代出现了过剩空气高速烧嘴，它将助燃空气与调温空气合并，由一条空气管路供 应，简化了管路与控制系统，降低了造价。简化后，在低温时燃烧反应速度慢，燃烧不完全， 易熄火而且调温的下限受限制：另外，燃烧过程的空气系数难以控制和调节。但这类烧嘴基 本能满足一般的陶瓷烧成工艺的要求，由于简单、投资少得到广泛的应用。 我们自主开发了燃气空气预混型调温高速燃烧系统，在原电子工业部的资助下，在80 年代进行了烧制电子陶瓷的工业性试验，仅用我们的燃烧系统换下前苏联的天然气低压涡流 烧嘴，按原工艺的烧成曲线加热，单产燃耗降低了57％，后又将烧成时间由原46h缩短至16h， 进一步降低了燃耗，提高了产量。 ． 1988年应日本某公司烧制大型旋转管的要求，研制了喷出焰气温度下限仅比室温高15 ℃的调温高速烧嘴，满足了该公司要求从室温开始按5C／h的速度缓慢升温，妒内温差小 于量15℃／h的苛刻要求。 我们的预混型燃烧器从根本上消除了一般预混型燃烧器易回火发生爆燃的缺点，与非预 混型的燃烧器一样，可使用高温预热的空气(实验室已达到620{2，工业生产己达到550(2)， 利用此特性，开发了强还原性气氛(空气系数仅为0．2—0．3)的高速烧嘴和用于1800(2高温 炉的二次燃烧低NO。烧嘴(已用于99．9％A1：03陶瓷管研制的小型试验炉上和特种磨料的生产 炉)。 3脉冲控制高速燃烧系统 该系统的燃烧器只在额定的供热能力(脉冲的峰值)和最小的供热能力(脉冲的谷值)下 运行。对窑炉的供热量是通过控制两种状态的工作时间的比例来实现的，如：控制烧嘴在峰 值的工作时间／在谷值的工作时间=I／4实现20％供热量；峰值时周／谷值时问=1／1实现50％供 热量：峰值时间=I／0，即在额定能力下连续燃烧，实现100％供热量。 我们为国家九五攻关项目“高性能梭式窑”开发的脉冲控温系统在脉冲峰值的工作时问 定为卜45s连续可调。在实验炉上控温实验表明，在40012保温，脉冲宽度为1S，控温精度 可达±112，而脉冲宽度为40s，控温速度难以达到±1512的需要。为此我们开发了两种配 套的燃气脉冲控制高速烧嘴，一种是有独立连续着火的先导点火系统：另一种是直接点火系 统，这两种烧嘴的主要技术特性如下： ①焰气堆高喷出速度为150re／S：③供热能力调节比为1：20：③烧嘴的燃烧动态特性好， 可以在ls之内实现从最小供热能力增至额定供热能力，也能在ls之内实现从额定供热能力 降至最