【摘 要】
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火焰射流加热技术是将高温火焰直接射流到被加热物体表面,形成以对流换热为主的高效加热技术,具有加热速率快、热效率高等优点,在金属棒材加热、玻璃加工等工业领域广泛应用。面对日趋严格的排放标准以及节能减排的发展目标,进一步提高火焰射流加热效率和降低污染物排放,研究其中的传热和排放规律是有必要的,这将为设计高效、低排放的棒材加热炉等提供实验数据参考和加热方式依据。本文主要针对火焰射流加热技术的高效、低排放
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火焰射流加热技术是将高温火焰直接射流到被加热物体表面,形成以对流换热为主的高效加热技术,具有加热速率快、热效率高等优点,在金属棒材加热、玻璃加工等工业领域广泛应用。面对日趋严格的排放标准以及节能减排的发展目标,进一步提高火焰射流加热效率和降低污染物排放,研究其中的传热和排放规律是有必要的,这将为设计高效、低排放的棒材加热炉等提供实验数据参考和加热方式依据。本文主要针对火焰射流加热技术的高效、低排放目标,将火焰射流加热技术与全预混燃烧、浓淡燃烧技术相结合,设计了一个可满足低氮排放和火焰稳定燃烧的单列多火孔条形全预混燃烧器,以其为研究对象,搭建预混火焰射流加热铝棒实验台,对预混火焰垂直向上射流铝棒进行实验研究分析,主要对火焰射流加热铝棒的传热和火焰排放特性进行实验研究,主要进行不同燃烧器运行条件和结构参数对单根铝棒升温速率和CO、NOX排放的影响研究、相邻火焰关系对局部污染物产生的影响研究、多棒加热实验研究。实验研究表明:（1）对于不同燃烧器运行条件,空气系数α在1.00-1.30之间时,随着α的增大:铝棒升温速率从11.03℃/min降低至6.90℃/min,降幅为37%;CO排放量逐渐增加;NOX排放量逐渐减少。火焰负荷Q在5.4kw-6.9kw之间时,随着Q的增大:铝棒升温速率从8.98℃/min提高至10.67℃/min;CO、NOX排放量逐渐增加。预混空气温度Tair在-5℃～25℃之间时,随着Tair的升高:铝棒升温速率和CO、NOX排放量基本不变。预混空气湿度dair在30%-90%之间时,随着dair的升高:铝棒升温速率从10.00℃/min线性降低至5.49℃/min;CO排放量逐渐增加;NOX排放量逐渐减少。（2）对于不同结构参数,火孔与铝棒距离H在35mm-90mm之间时,随着H的增大:铝棒升温速率先提高后降低,存在最佳H=50mm使铝棒升温速率达到最高,为10.62℃/min,H=90mm时升温速率最低,为7.10℃/min;CO排放量逐渐减少;NOX排放量先减少后增加,H=55mm时最低,为26.65mg/m~3。火孔间距S为18mm、36mm、54mm时,随着S的增大,铝棒升温速率不断提高,且S=18mm变化至36mm升温速率增幅比36mm变化至54mm更大;CO排放量逐渐增加;NOX排放量逐渐减少。（3）当α、Q较大或H、S较小时,相邻火焰射流会沿铝棒表面扩展相互交汇并向下偏转,实验表明此现象会导致铝棒升温速率下降和局部CO、NOX的排放量剧增,局部CO排放量增幅达215%,NOX排放量增幅达52%,确定了火焰射流加热铝棒的最佳火焰形态为:火焰在铝棒轴向方向扩展距离最大且无交汇向下偏转。此外,铝棒温度Tal在100℃-500℃之间时,随着Tal升高,CO排放量逐渐降低,排放量高的温度段为Tal＜250℃,且Tal＜250℃时铝棒升温速率受Q影响较小。因此,将铝棒加热分为低温段(Tal＜250℃)和高温段(Tal=250℃-500℃),分析提出了一种高效、低排放加热方式,此方式通过在第一根加热棒后加入吸热棒,在加热炉连续运行时,不仅可以降低排烟温度,还可以避免加热铝棒低温段时CO的产生;在开炉阶段,被加热铝棒温度低,采用变负荷加热方式,低温段采用低负荷加热避免CO的生成,高温段改用高负荷加热,此方式避免了开炉阶段较高CO排放且对铝棒升温速率影响微小。最后,实验验证了此加热方式的可行性,为铝棒加热炉加热方式提供了参考。
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