重庆化工医学工程:气体燃烧装置回火的表现形式、原因分析和处理办法

催化剂的生产制备过程中，大量用到利用高温进行焙烧、加热与干燥的炉子，也用到处理尾气的焚烧炉等。通过燃气与空气混合燃烧产生火焰，即燃气加热炉，在生产中广泛应用[1]。根据燃气与空气混合情况不同，一般将气体燃烧器的燃烧分为三种方式，即扩散式燃烧、预混部分空气燃烧（大气式燃烧）和无焰燃烧。对于后两种燃烧形式，燃气和空气混合后，从火嘴喷出并被点燃，不一定形成稳定的火焰。气体回火燃烧就是混合气体离开火孔的速度小于燃烧速度时，火焰根部钻进火孔，破坏了燃烧的动平衡条件，发生了混合气体在燃烧器引射管内燃烧的状况，燃烧点的火会通过管道向气源方向蔓延。回火现象必须解决，它破坏了一次空气的吸入（当燃气引射空气时，造成空气不足，火焰向混合腔进行，称为回烧或倒袭回火；当空气引射燃气时，则因空气量过大，造成不完全燃烧，引起爆鸣和噪音，称为逆火或爆鸣回火） [2]。如果回火发生在混合腔内，可能会发生如下状况：烧毁喷嘴、将混合腔烧变形甚至烧出裂缝，严重回火可能引起爆炸。我单位焚烧炉在投用后一直不正常，频繁发生回火现象；钟罩窑也发生过一次回火。下面将结合不同情况对回火的表现形式作具体描述和原因分析，并提出改造措施，介绍改造后的效果。

1 新活化焚烧炉回火

1.1 系统简介

我公司生产运行一部新活化系统包括燃气式混风间接加热热风炉、助燃风机、热风供风机、尾气焚烧炉、排烟气风机、智能燃烧控制系统等，尾气燃烧器使用ECLIPSE公司的线性燃烧器。

1.2 存在问题

尾气焚烧炉自2017年2月投用以来一直不能稳定运行，经常出现回火。鼓引风系统整体运行在微负压环境内，微负压为-2 ～ -1 kPa。设备尾气燃烧器使用的是ECLIPSE公司的线性燃烧器，炉头燃气入管在侧面，因而炉头整体在外面，烧嘴无法探入系统内。这样，实际在点火和燃烧过程中，炉头部份很难和系统一样保持负压。出现的现象是点火初期能正常燃烧，随着温度升高，达到150 ℃左右时会出现回火，火焰向外燃烧直接烧到燃气管线，非常危险。在不点炉的情况下，系统负压建立迅速平稳，负压较大；当燃烧到150 ℃以下时，燃烧基本平稳；但通过炉子后面的小视窗可以发现，火焰是向外烧的，窗子开大点，火焰就向炉内退一点，但即使开到*大，当温度达到150 ℃以上时，火焰就不后退了，在不确定的时间点就听到砰的一声，火焰就向外烧，从炉头的缝隙喷出。进一步观察可以发现火焰的颜色是发黄的，说明系统的供氧不够。所以一开始我们采取的方法是尽可能密封炉头和炉体的缝隙，希望能在炉头建立负压，既不让火焰向外烧又能提供足够的氧，但不起作用。又在助燃风管线上加阀门，通过调节助燃风，调节炉头的压力，还是不行。从图1可以看到回火的不同状态，火焰把焊缝烧开，严重时把炉头的固定钢板都烧塌变形。在平时的操作中还发生过点火时爆燃的情况，炉体剧烈振动，把炉体外侧固定用的条形钢带都震开了，螺丝飞出。气动系统由空气压缩机、干燥机、储气罐、控制阀件、管道等组成。空气压缩机的容量根据气动闸挡水高度、宽度及起升时间要求确定。气动系统设有手动控制阀，以备失电情况下可手动排气使闸门倒伏。

1.3 原因分析

不同结构形式的烧嘴，可以造成不同的气流混合条件，形成不同的混合强度，火焰的稳定性也就不同[3]。从本质上说，导致烧嘴回火的根本原因是火焰传播速度大于气流流出速度。燃烧传播过程引起的稳定状态——这一依靠建立气流速度和燃烧前沿传播速度之间的平衡关系被打破所造成的。层流下燃烧前沿的传播速度称为正常传播速度，紊流下的传播速度称为实际传播速度。尽管实际燃烧多是在紊流下进行，但层流下的燃烧问题是*基本的，也很具有实际意义。影响正常传播速度的因素包括可燃气的成分、浓度、相对压力，可燃混合物的初始温度、氧含量和流动阻力等。如果气流速度很低，低于此处的火焰传播速度，使火焰刚好进入烧嘴口，在边界层内发生了回火现象。即，当在烧嘴边缘处的速度梯度g达到一个临界值时，回火就发生了。