重慶化工醫學工程:氣體燃燒裝置回火的表現形式、原因分析和處理辦法

催化劑的生產制備過程中，大量用到利用高溫進行焙燒、加熱與干燥的爐子，也用到處理尾氣的焚燒爐等。通過燃氣與空氣混合燃燒產生火焰，即燃氣加熱爐，在生產中廣泛應用[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火孔的速度小于燃燒速度時，火焰根部鉆進火孔，破壞了燃燒的動平衡條件，發生了混合氣體在燃燒器引射管內燃燒的狀況，燃燒點的火會通過管道向氣源方向蔓延。回火現象必須解決，它破壞了一次空氣的吸入（當燃氣引射空氣時，造成空氣不足，火焰向混合腔進行，稱為回燒或倒襲回火；當空氣引射燃氣時，則因空氣量過大，造成不完全燃燒，引起爆鳴和噪音，稱為逆火或爆鳴回火） [2]。如果回火發生在混合腔內，可能會發生如下狀況：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，頻繁發生回火現象；鐘罩窯也發生過一次回火。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 系統簡介

我公司生產運行一部新活化系統包括燃氣式混風間接加熱熱風爐、助燃風機、熱風供風機、尾氣焚燒爐、排煙氣風機、智能燃燒控制系統等，尾氣燃燒器使用ECLIPSE公司的線性燃燒器。

1.2 存在問題

尾氣焚燒爐自2017年2月投用以來一直不能穩定運行，經常出現回火。鼓引風系統整體運行在微負壓環境內，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，燒嘴無法探入系統內。這樣，實際在點火和燃燒過程中，爐頭部份很難和系統一樣保持負壓。出現的現象是點火初期能正常燃燒，隨著溫度升高，達到150 ℃左右時會出現回火，火焰向外燃燒直接燒到燃氣管線，非常危險。在不點爐的情況下，系統負壓建立迅速平穩，負壓較大；當燃燒到150 ℃以下時，燃燒基本平穩；但通過爐子后面的小視窗可以發現，火焰是向外燒的，窗子開大點，火焰就向爐內退一點，但即使開到*大，當溫度達到150 ℃以上時，火焰就不后退了，在不確定的時間點就聽到砰的一聲，火焰就向外燒，從爐頭的縫隙噴出。進一步觀察可以發現火焰的顏色是發黃的，說明系統的供氧不夠。所以一開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。又在助燃風管線上加閥門，通過調節助燃風，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，火焰把焊縫燒開，嚴重時把爐頭的固定鋼板都燒塌變形。在平時的操作中還發生過點火時爆燃的情況，爐體劇烈振動，把爐體外側固定用的條形鋼帶都震開了，螺絲飛出。氣動系統由空氣壓縮機、干燥機、儲氣罐、控制閥件、管道等組成。空氣壓縮機的容量根據氣動閘擋水高度、寬度及起升時間要求確定。氣動系統設有手動控制閥，以備失電情況下可手動排氣使閘門倒伏。

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]。從本質上說，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。燃燒傳播過程引起的穩定狀態——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系被打破所造成的。層流下燃燒前沿的傳播速度稱為正常傳播速度，紊流下的傳播速度稱為實際傳播速度。盡管實際燃燒多是在紊流下進行，但層流下的燃燒問題是*基本的，也很具有實際意義。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，使火焰剛好進入燒嘴口，在邊界層內發生了回火現象。即，當在燒嘴邊緣處的速度梯度g達到一個臨界值時，回火就發生了。