燃烧系统_燃烧机：高速燃烧器提高换热效率的机理

在传统的工业炉设计中，燃烧器的火焰速度大约为每秒几米，当燃烧产物温度在600°C～800°C时，炉内对流换热与辐射换热各占50％；在燃烧产物温度为800℃以上时，以辐射换热为主；在燃烧产物温度达到1400℃时，辐射换热是对流换热的10倍,所以大部分炉窑设计中,是以辐射换热为基础。但是在采用高速气体燃烧器后，即使在高温区，炉内被强化的对流换热在综合换热中所占的比重大大提高，具体说明如下。采用普通燃烧器时，火焰速度低，燃烧产物在被加热物表面的流动为层流，层流的对流换热系数为式中努谢尔特数为普朗特数；Re为雷诺数；λ为气体的导热系数；d为流道当量直径。

采用高速气体燃烧器,火焰喷射速度高(100m/s～300m/s),被加热体表面流动以紊流为主，紊流附面层局部放热系数为式中设加热炉内腔尺寸为6.45m×2.3m×2.9m，燃烧产物温度为1790℃，被加热体温度为900℃。采用普通燃烧器，燃烧产物流速为5m／s时，燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为采用高速气体燃烧器，燃烧产物流速为150m/s时，燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为的4倍。

国外曾就辐射加热炉和高速对流加热炉进行过比较试验，在0℃～1200℃的加热过程中，辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的6倍，在750℃～1200℃的加热过程中，辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的10倍。1980年，国内引进高速气体燃烧器在井式加热炉上进行技术改造，原有的辐射加热炉从0℃～650℃升温需要24h，而采用了高速气体燃烧器的加热炉从0℃～650℃升温只需4h，并且燃料消耗量也由于采用了高速气体燃烧器可以节省25%～30％。在油田，用高速气体燃烧器改造成三合一加热炉，加热效率提高了1倍，而燃料消耗量节约了20％。高速气体燃烧器的燃烧产物高速冲进加热炉内，搅动多倍的炉内气体随之掺混，可以大大提高炉内温度均匀度。国外一家工厂用高速气体燃烧器改造加热炉后，炉内温度均匀度可由±15℃提高到±2℃。国内井式加热炉采用高速气体燃烧器后，炉温均匀度达到±7℃。