两种乙炔燃烧器的燃烧试验及对比分析

两种乙炔燃烧器的燃烧试验及对比分析

马丽娜

（徐州燃烧控制研究院有限公司，徐州 221004）

摘  要：为研究两种乙炔燃烧器的燃烧性能，两种燃烧器进行1:1工况燃烧试验。基于试验结果，得出如下结论：两种燃烧器在1.5倍蒸汽量的消烟空气量时可保证较好的燃烧效果；旋流预混燃烧器在火焰刚度以及消烟效果方面要优于分散型燃烧器。

关键词：乙炔燃烧器；地面火炬；消烟

地面火炬系统是处理石油炼化、化工装置中可燃性气体的特殊燃烧设施，是保证安全生产、减少环境污染的一种重要措施。对于需要消烟且极易回火的气体，需要确定一种燃烧性能稳定、流量适用性强的地面火炬燃烧器作为燃烧设备。

试验用到的乙炔燃烧器有两种：旋流预混型燃烧器（图1）和分散型燃烧器（图2）均为公司较为成熟的产品。本文研究在燃烧介质为乙炔时两种燃烧器的燃烧性能优劣。两台燃烧器燃烧功率相同，乙炔处理量均约为450kg/h，设计压力均为7kPa。消烟空气设计量均为100%比例蒸汽消烟用量的1.5倍。

图1旋流预混型燃烧器图2分散型燃烧器

1试验结果及分析

1.1 旋流预混燃烧器燃烧试验

如图3所示，当消烟用空气量等于1.5倍蒸汽量时，旋流预混燃烧器的火焰刚性较好，火焰明亮呈窄长条形，仅火焰顶部边缘呈亮黄色，火焰可见长度约3～4米，肉眼不可见黑烟。

当消烟用空气量等于1.0倍蒸汽量时，火焰刚性一般，火焰顶部橙黄色，并可见黑烟。

图3 空气量= 1.5倍工况  图4空气量= 1.0倍工况

通过图3和图4对比，1.5倍蒸汽量的消烟空气量可保证较好的燃烧效果，避免黑烟生成。此时空气喷孔出口流速约为184m/s，高速的消烟空气引射足量空气，且旋流预混的结构使消烟空气带动放空气在喷出时具有较高流速，能在短时间内与更多空气混合。同时，高速流体可使火焰周侧边缘呈直线型，与图4的不规则型火焰形状相比，周侧边缘呈直线型的火焰其刚性较好，抗风性能更为优秀。

1.2 分散燃烧器燃烧试验

图5 空气量= 1.5倍工况  图6 空气量= 1.0倍工况

图5可以看出，当消烟用空气量等于1.5倍蒸汽量时，分散型燃烧器的火焰刚性较好，火焰明亮，总体呈长形，趋势向上，边缘呈橙黄色，可见长度3—4米，肉眼可见微量黑烟。

从图6可看出，当消烟用空气量等于1.0倍蒸汽量时，燃烧器的火焰刚性较差，火焰顶部橙红色，呈不规则的团状，黑烟很明显。

通过图5和图6对比可看出，分散型燃烧器在1.5倍蒸汽量的消烟空气量时具有较好的燃烧效果。高速的消烟空气可以引射足量的空气，但米字形的横梁将消烟空气分配到六个方向，从横梁上方的孔中喷射出来，分散式的结构使消烟空气带动放空气流速的能力有限，因此消烟效果有限。

1.3 两种燃烧器的燃烧对比

旋流预混燃烧器和分散燃烧器，设计的放空气处理量和消烟蒸汽用量均相等：消烟用空气量均为1.5倍蒸汽量，设计压力均为5kPa。

图7旋流预混燃烧器燃烧  图8 分散型燃烧器燃烧

图7和图8对比后可以看出：虽然分散型燃烧器对乙炔的消烟效果很明显，但依然可以看见黑烟，火焰的形状稍微周向扩散，这与分散型燃烧器的自身结构（最大外圆直径约为550mm）有关。另外，分散型燃烧器的火焰顶端呈钝型，相比之下，旋流预混燃烧器的长条锐型火焰刚性更好，亮度更高，向上延伸性更好，这与旋流预混燃烧器自身结构有关。旋流预混燃烧器采用预混型式，多孔结构可将大股的火炬排放气分成许多小股气体，在排放过程中能利用自身压力引射大量空气实现预混，并且在圆筒内就可实现排放气、消烟空气、助燃空气强力混合，同时维持火焰垂直性。通过比例控制使燃烧达到最佳状态，维持地面火炬的正常无烟燃烧。

2试验结果及分析

通过三组不同的对比燃烧试验可得出结论：在地面火炬中，分散型燃烧器相邻间引燃的性能虽然较好，但是火焰趋势向上的旋流预混燃烧器的消烟效果更好，相邻燃烧器的火焰不易黏连，与空气混合的更充分；不同的燃烧器结构导致了燃烧效果的差异。由于此试验的介质为乙炔，根据其不饱和特点以及极易回火的特性，最终选取旋流预混燃烧器作为乙炔气的处理设备。