基本介紹
- 中文名：輻射式燃燒器
- 外文名：radiant burner
- 別名：紅外線輻射式燃燒器
- 分類：多孔介質燃燒器、網罩式燃燒器等
- 性能表示：輻射效率
- 能量變化：燃料所帶的能量轉化為輻射能
- 色光變化：暗紅色變為亮紅、桔黃，再到白色
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輻射式燃燒器原理和早期研究
燃燒器原理
在輻射式燃燒器中，燃料所帶的大部分能量轉化為輻射能。輻射熱量與輻射面的溫度和材料有關。輻射燃燒器是一種低壓式完全預混燃燒器。燃氣在燃燒器表面著火燃燒，當燃燒器表面介質達到一定溫度時，便向外輻射紅外線。物體接受到紅外線照射時，吸收其中一部分，反射一部分，吸收的部分轉化為物體自身能量，使物體分子熱運動變得更加劇烈，達到加熱的效果。
早期研究
本世紀初期，博思(Bone)等觀察到：燃氣-空氣混合氣從耐火瓦小孔中流出後在瓦表面猛烈燃燒，使瓦呈熾熱狀態，但沒有明顯的火焰。博恩把這種現象稱為“表面燃燒”，他認為產生這種現象的原因是耐火材料的催化作用。後來的研究認為並不發生催化作用，熱導率比表面活性更為重要，從耐火材料小孔中通過的混合氣流由於受到預熱而加快了燃燒。在多通道耐火磚的研究中沒有發現表面活性作用的明顯證據，但是科爾斯(Coles)和巴奇(Bagge)根據在孔徑很小的多孔介質燃燒器上的實驗研究認為，這種現象的機理是氣體燃燒和表面催化燃燒二者的結合。
輻射式燃燒器的分類
1．多孔介質燃燒器
混合氣從多孔陶瓷板流出並在其表面燃燒產生均勻輻射面。圖1(a)所示型號的表面溫度約為860℃，當採用不同材料時還可更高些。從這種型號發展出來的發光壁式設計(圖2b)，表面結構的大部分由多孔耐火磚塊組成。它用的是標準規格的多孔耐火磚，孔洞鑽到距磚面50毫米處。從強制送風式混合器來的混合氣進入強制送氣室，到達耐火磚背部，通過耐火磚上的小孔流出到表面上均勻燃燒。在混合氣預熱過程中，耐火磚塊受到冷卻，因而只有很薄的一層能達到高溫。這樣，壁面熱損失可減到最小，也減輕了對燃燒器結構的頻繁加熱和冷卻。這種燃燒器的熱強度一般為250千瓦/米2，最高可達470千瓦/米2。表面溫度一般限制為1100℃。
圖1
圖12．在砌塊孔道中燃燒的燃燒器
最常見的是施萬克燃燒器(圖1c)，混合氣由大氣式引射器送入，通過直徑約1.4毫米的孔道在表面燃燒，溫度約為850℃。輻射面由每塊大小為65×45毫米的陶瓷板拼組而成。在使用人工燃氣時，火焰根部的位置約在板面下1.5毫米，焰面處於流速和燃速相平衡的位置，此位置受孔道直徑和混合氣預熱量的制約。轉換天然氣後，焰面不再低於板面，減少了對混合氣的預熱量從而加劇了脫火傾向。解決此問題的辦法是在砌塊表面上方5毫米左右設定一個金屬網，它可將熱量反射回來，增加對混合氣的預熱，從而使火焰穩定。
3．杯型輻射燃燒器、平焰燃燒器
這類燃燒器不同於前述各類之處在於混合氣不是通過輻射塊上的孔道流出，它的輻射面是個杯形或錐形的耐火砌塊，從其中心供入混合氣，或者分別供入燃氣和空氣再以噴嘴口混合方式混合。設計中常包括起穩焰作用的導流體，它可將混合氣均布於耐火表面形成一薄層進行燃燒。
圖2
圖24. 輻射管燃燒器
在需將燃燒產物與被加熱工件隔離開的情況下，代替馬弗爐(隔焰爐)的一種方法就是套用內燃式的輻射管。由於大部分熱量是以輻射方式傳遞的，所以它也作為輻射式燃燒器的一類。
5．網罩式燃燒器
在低溫套用中，常用網罩式燃燒器來代替多孔板塊式燃燒器。瑞士的一種型號採用的是雙層網，內層保持較低溫度用來防止回火。表面溫度可達900℃以上，但只限用於低溫環境以避免燃燒器過熱。圖2(d)示出這種燃燒器在頂掛式輻射採暖器中的套用。它包括一個大氣武環型燃燒器，用它向陶瓷纖維製成的截錐形網罩加熱，溫度可達1200℃。其外的圓筒形不鏽鋼網罩的溫度為850℃，形成輻射面。
6．催化燃燒器
在催化物質的表面，燃氣能以極低溫度(天然氣為450℃)燃燒而不產生可見火焰，但具有與正常高溫燃燒相同的發熱量。歐洲大陸廣泛把液化石油氣無煙道催化採暖爐用於家庭和商業，蘇聯和美國則把液化石油氣和天然氣催化燃燒器用於非家用的加熱場合。英國市場上已沒有這種燃燒設備出售，但華生研究所仍在對它在採暖中的可用性進行研究。
從原理上講，催化燃燒器包括一個飽含催化物質的多孔板，純淨燃氣從其中通過，外界的氧氣則逆向通過此板，於是在催化物質表面發生燃燒反應。熱量以輻射方式從表面發出，燃燒產物在氣流推動下排入大氣。
輻射式燃燒器的性能
表示輻射式燃燒器性能的最方便的方法是求出它的輻射效率，即輻射輸出量/熱輸入量。科爾斯和巴奇利用輻射輸出量加上煙氣熱輸出量等於熱輸入量的關係式，已按低熱值求出了各種表面溫度下的理想輻射效率。他們的計算中假設輻射體是黑體，並且不存在其他熱損失(如燃燒器壁熱損失)。圖3示出理想輻射加熱器的輻射效率隨表面溫度變化的情況。
圖3
圖3