基本介紹
- 中文名：金屬燃燒
- 外文名：metal burning；metal combustion
- 基本釋義：金屬本身或作為燃燒表面的燃燒
- 分類：熱力學
- 領域：能源
- 學科：物理
金屬纖維燃燒,套用簡介,燃燒器特點,工作原理,氣割金屬,燃燒氧化預防,火災預防,分類,危害因素,災難防止對策,
金屬纖維燃燒
套用簡介
鍋爐金屬纖維燃燒器是一種全預混微焰式燃燒器，以特種金屬纖維作為燃燒表面，燃燒強度可以達到2500kw/m2。這種燃燒技術是近幾年才逐漸推廣套用的新型燃燒技術，被廣泛套用於不同的領域。根據輸出功率的大小不同，火焰有兩個基本模式，在低功率輸出時，燃燒器為紅外輻射模式，在高功率輸出時燃燒器是藍火焰模式，調節功率輸出時，火焰就在這兩種模式之間變化。
燃燒器由於是微焰形式燃燒，所以火焰很小，發熱均勻，基本杜絕燃燒室的極端高溫，因此，氮氧化物的排放非常低，是最環保的燃燒方式。燃燒器對燃料和空氣進行全預混方式，並進行了精密的調節和控制，保證了燃氣和空氣的完全混合，使燃燒更充分，在目前的燃燒技術中“一枝獨秀”。燃燒器採用鐵-鉻-鋁纖維作為燃燒表面基材，其使用的最高溫度可達1300℃，由於其1000℃以上仍具有優良的抗氧化性能和熱強度，所以金屬纖維燃燒器除具有燃燒效率高外，還具有耐熱衝擊、低壓降、安全無回火、反應迅速、熱慣性小、冷卻快、經久耐用、有害氣體釋放少等優勢。與傳統的大氣燃燒式燃燒器比較，具有：燃燒均勻、熱效率高、有害氣體釋放少、可減小鍋爐體積等特點。
1.熱強度高、調節範圍大
國外在20世紀80年代開始研究金屬纖維燃燒器，根據Acotech公司的資料，過剩空氣係數在1.1—1.3時，在不同的表面熱強度下燃燒工況不同：當表面熱強度為0.1—0.8W/mm2呈表面燃燒形式，表面燒紅至800—1000℃,發紅外線射線；當表面熱強度達0.9 W/mm2時出現藍色火焰浮在表面，當表面熱強度到達5W/mm2時，也不會脫火。金屬纖維燃燒器還可以做成向下輻射的形式。
2.燃燒產物中CO與NOX含量很低，在高熱強度下(900千瓦/平方米)，CO含量低於40ppm, NOX含量低於120ppm。
3.金屬纖維載體比多孔陶瓷板牢固，不怕冷水擊，有一定機械強度，並可加工成任何形狀。
4.熱惰性小，能很快加熱，很快冷卻。
5.噪聲低。
6.在全一次空氣予混的條件下(過剩空氣係數為1.1—1.3)，不需要冷卻頭部的裝置。套用：熱水鍋爐，烘乾設備，工業爐窯，工程加熱設備。
燃燒器特點
金屬纖維表面燃燒不僅具有紅外燃燒的特點，而且低污染排放的特點引起了人們的廣泛注意。金屬纖維燃燒器的頭部是由極細金屬纖維製成的。金屬纖維既可以燒結在一起，形成剛性而多孔的板材，也可以通過紡織過程製成柔軟的織物。兩種結構都提供了透氣性很強的均勻介質。既可以在熱輻射模式下又可以在藍焰模式下燃燒，而且能在兩種模式下實現燃燒平移轉換。
金屬纖維燃燒器具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性。這給予了燃燒器超常的使用壽命。當燃燒器在封閉的環境中，表面溫度和輻射效率將會提高。金屬纖維燃燒器長壽命工作的最高溫度為1100℃。
金屬纖維燃燒器具有抗熱衝擊性能，由於採用了100%的金屬，金屬纖維燃燒器甚至可以經受極限狀態的熱衝擊。水潑在燃燒器的表面上將會被蒸發，而不會在燃燒器表面留下任何損壞的痕跡。此外，金屬纖維燃燒器還具有良好的抗機械衝擊性能、逆火安全性能和快速冷卻性能。
金屬纖維燃燒器的柔性，使燃燒器的頭部可以做成任何形狀。如扁平形、圓筒形、圓錐形、凹形、球形等。
金屬纖維燃燒器紅外輻射的特性和低污染排放的特點，使其套用於很多行業，包括家用烤箱、工業爐、食品行業、紡織業、汽車業、玻璃製造業、鋼鐵鑄造業等。
工作原理
金屬纖維燃燒器屬於預混氣體表面燃燒。預先混合均勻的燃氣空氣混合物流向燃燒器頭部，在透氣性均勻的金屬纖維織物表面層進行燃燒。燃燒以兩種方式進行，既紅外熱輻射方式和藍焰方式。紅外熱輻射方式是可燃混合物在織物內部進行燃燒，金屬纖維織物被加熱至白熾狀態，一部分熱量以輻射方式釋放。藍焰方式是可燃混合物在織物上方燃燒，火焰承藍色浮在表面上，熱量以對流方式釋放。
由於金屬纖維織物的均勻透氣性和燃氣與空氣的均勻預混，燃燒十分穩定和溫度分布均勻，沒有局部高溫存在，因此抑制了NOx的生成。預混又有足夠的空氣供給，故CO的排放也低。
氣割金屬
火焰切割過程包括預熱、燃燒、吹渣三個階段，但並不是所有金屬都能滿足這個過程的要求，只有符合下列條件的金屬才能進行氧氣切割：金屬在氧氣中的燃燒點應低於其熔點；金屬燃燒生成氧化物的熔點應低於金屬熔點，且流動性要好；金屬在切割氧流中的燃燒應是放熱反應，且金屬本身的導熱性要低。
符合上述氣割條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼以及鈦。其它常用的金屬材料如鑄鐵、不鏽鋼、鋁和銅等由於不滿足上述條件，所以不能套用氧氣切割，這些材料目前常用的切割方法是等離子弧切割。
燃燒氧化預防
預防鎂合金在壓鑄過程中的燃燒和氧化的方法有：熔化金屬和空氣中的氧/氮的反應減少到最低程度；在低於初始熔點的溫度下，可以使大塊的金屬不燃燒；有液體金屬出現時，不使用熔化保護可能會發生劇烈的氧化/燃燒；隨著溫度的增加，液體金屬的汽化增加了火災發生的可能性；低熔點下使用乾燥而乾淨的鹽熔液；含有少量SF6和SO2保護氣體；採用IMA（國際鎂合金協會）建議使用的熔化保護，對於標準的壓鑄操作，最常見的做法是乾燥空氣中混合0.2%的SF6；為避免吸收水分，不要使用過長的保護氣體輸送管；在輸入鑄錠和其它操作時，儘量減少爐蓋視窗的打開時間；儘量避免各種泄漏；確保保護氣體直接通至熔化金屬表面；在提供良好保護的前提下，把流量調節到最少；確保保護氣體的供應不能中斷；用熔渣工具經常清理熔化金屬表面積聚的反應物。
火災預防
在某些物理狀況下，幾乎所有鹼金屬會導致燃燒，其中有很多種會造成較特殊的危害。由於輕易造成燃燒，一些金屬稱為“易燃金屬”，有起火特性。
分類
易燃金屬要根據分子量、溫度、穩定性及種類來作精確區分並不輕易，為簡化火災安全介紹，使用下列方法來區分易燃金屬。(1)自燃金屬：包括一些鹼性物質，如鎂、鈦、鋅、銫、銣、及鈉鉀合金。(2) 放射性物質：如鈽、釷及鈾等。(3) 非自燃金屬：包含貿易用結構物，如鎂、鈦、鋅、鉿等。一些大塊物質，如塊狀物及壓成塊狀型式的金屬，在水中並非自燃，但磨成粉狀則會自燃。以機械處理磨成粉狀比儲存在桶中要更易燃燒。由於表面積增加，粉狀比塊狀更易反應，且金屬箔比薄頁紙更易燃燒。灰塵及粉狀物為高反應形式，甚至有一些為自發性反應。
危害因素
易燃金屬燃燒、爆炸的直接相關因素：
主要因素為燃燒速率，剛開始時反應較慢，然後迅速反應至爆發，由點而線而面至整體迅速反應。
次要因素為潛伏危害，如溫度、濕度、純度、表面氧化度、壓力等等。這些因素將可能是導致反應的重要因素。直接影響其燃燒，同時其潛伏熱量可能提升至燃燒溫度。
燃點及能量為兩大重要因素，但是像電火花、露天火苗、靜電、機械運轉的摩擦生熱都有可能造成燃燒。
災難防止對策
減低起火、爆炸的可能性：
1．使用較小量的自燃物或不易燃合金。
2．當操作時，降低運作所產生的熱能。
3．當研磨、切片時，碎屑應儘快清理乾淨，以免發生反應造成危害。
4．降低導致燃燒的因素，特別是接近現場時。
5．操作當中附加惰性氣體，如氦、氬等。
6．避免污染到金屬有機物及易（可）燃潤滑油。
7．儘量防止金屬粉曝露在空氣中。若可行，則使用密閉設備及集塵裝置。
8．提供減壓設備，當過壓時可避免危害。
