進(jìn)入9O年代,脈沖控制高速燃燒系統(tǒng)逐漸用于陶瓷燒成窯上。該系統(tǒng)的燃燒器僅在兩種狀態(tài)下運(yùn)行,即只在額定的供應(yīng)能力(稱為脈沖的峰值)和最小的供熱能力(稱脈沖的谷值)下運(yùn)行。對(duì)窯爐的供熱量是通過(guò)控制兩種狀態(tài)的工作時(shí)間的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如:控制燒
嘴在峰值的工作時(shí)間/在谷值的工作時(shí)間≈1/4實(shí)現(xiàn)20%供熱量;峰值時(shí)間/谷值時(shí)間≈1/1實(shí)現(xiàn)5O%供熱量;峰值時(shí)間≈1,即在額定能力下連續(xù)燃燒,實(shí)現(xiàn)100%供熱量。
在實(shí)際運(yùn)行時(shí),每一脈沖峰值的工作時(shí)間(即脈沖寬度)可是ls、10s,甚至100s以上我們?yōu)樘沾砷g歇窯開發(fā)的脈沖控溫系統(tǒng)在脈沖峰值的工作時(shí)間定為1~45s連續(xù)可調(diào)。
在實(shí)驗(yàn)爐上控溫實(shí)驗(yàn)表明,在400℃保溫,脈沖寬度為1s,控溫精度可達(dá)±l℃,而脈沖寬度為40s,控溫精度難以達(dá)到±15℃的需要。
為此我們開發(fā)了兩種配套的燃?xì)饷}沖控制高速燒嘴,一種是有獨(dú)立的進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)火的先導(dǎo)點(diǎn)火系統(tǒng);另一種不設(shè)獨(dú)立的先導(dǎo)點(diǎn)火系統(tǒng),這兩種燒嘴的主要技術(shù)特性如下:
、傺鏆庾罡邍姵鏊俣葹150m/s;②供熱能力調(diào)節(jié)比為1:20;③燒嘴的燃燒動(dòng)態(tài)特性
好,可以在1s之內(nèi)實(shí)現(xiàn)從最小供熱能力增至額定供熱能力,也能在ls之內(nèi)實(shí)現(xiàn)從額定供
熱能力降至最小供熱能力L2J。
這類燃燒系統(tǒng)主要靠燒嘴在燃燒脈沖峰值時(shí)進(jìn)行供熱。這時(shí),焰氣以額定的高速噴出卷吸周圍爐氣形成循環(huán)氣流,同時(shí)降低其本身的溫度。這樣就帶來(lái)以下的優(yōu)點(diǎn):
(1)在燒嘴較低的供熱負(fù)荷下,可以不摻人過(guò)?諝饩湍塬@得較均勻的爐溫和較高的爐內(nèi)傳熱系數(shù),并消除了過(guò)剩空氣排出爐外帶走的熱量,節(jié)省燃料。
(2)燃燒空氣系數(shù)(即氣氛)可獨(dú)立于噴出氣流的溫度、速度和供熱能力而進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。飼如,用間歇窯燒制催化劑載體陶瓷時(shí)坯體內(nèi)有許多造孔用的有機(jī)物,在使用過(guò)?
氣或調(diào)溫高速燒嘴進(jìn)行連續(xù)比例調(diào)節(jié)時(shí),在有機(jī)物燃燒的溫度下(400~600℃)工藝要求弱還原或中性氣氛,不能摻大量調(diào)溫空氣時(shí),由于需熱量少、焰氣噴速低,窯溫的均勻性就難以保證。使用脈沖控制高速燃燒系統(tǒng)時(shí),只須將空氣系數(shù)調(diào)整至1.0,就可實(shí)現(xiàn)該要求。
脈沖控制高速燃燒系統(tǒng)是一種新型的加熱系統(tǒng),它的特性還有待深入研究和認(rèn)識(shí)。應(yīng)該
指出,在很低供熱量的工況下,脈沖控制的高速燒嘴噴出焰氣量小,其動(dòng)量很小,難以卷吸周圍的爐氣形成強(qiáng)勁的循環(huán)氣流,因此也就不能提供高的傳熱系數(shù)和均勻的爐溫,特別是在間歇式陶瓷燒成窯的低溫階段,陶瓷生坯要求有較大的爐氣流量來(lái)提高對(duì)流給熱系數(shù)和帶走生坯干燥排出的水分,以利于進(jìn)行均勻、快速的加熱和干燥。另外,低強(qiáng)度的陶瓷生坯也難以承受高速的高溫焰氣的熱沖擊。近年出現(xiàn)脈沖/連續(xù)比例控制調(diào)溫高速燃燒系統(tǒng)較好解決上述的困難。它可按燒成工藝要求的最佳條件人為地選用其中的一種方式實(shí)現(xiàn)最佳燒成。如燒制大型陶瓷制品,可采用如下控制方式:
①室溫~700~C用連續(xù)比例控制調(diào)溫高速燒嘴;②700~1300E及保溫階段用脈沖控制高速燒嘴;◎1300~650~C急冷階段用脈沖控制;④650~室溫用連續(xù)比例控制。
我們開發(fā)了燃?xì)饷}沖/連續(xù)比例控制系統(tǒng)和配套的燃燒器。控制系統(tǒng)主要技術(shù)特性:
、僭谌我饪販胤秶鷥(nèi)均可按人工設(shè)定自動(dòng)實(shí)現(xiàn)脈沖控制或連續(xù)比例控制。②脈沖峰值的
寬度在1~45s之間連續(xù)可調(diào),人工設(shè)定;脈沖谷值在0~co之問(wèn)連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。③控溫精
度±1℃。
配套的燃燒器主要技術(shù)特性:
、俟崮芰φ{(diào)節(jié)比高達(dá)20:1;◎噴出焰氣溫度調(diào)節(jié)范圍廣:(空氣溫度+30℃)~0.93x理論燃?xì)馊紵郎囟;③焰氣氣氛可由?qiáng)還原至強(qiáng)氧化任意調(diào)整(相應(yīng)的空氣系數(shù)為0、5~25);④燃燒動(dòng)態(tài)特性好:在ls內(nèi)可實(shí)現(xiàn)從最小燃燒能力到額定燃燒能力的切換,焰氣最高噴出速度達(dá)150m/s。
在實(shí)驗(yàn)爐中進(jìn)行實(shí)測(cè),控溫精度在升溫階段優(yōu)于±5℃,保溫階段可達(dá)±l℃。通過(guò)在實(shí)
驗(yàn)爐上的實(shí)測(cè),我們發(fā)現(xiàn)脈沖控制燃燒的爐內(nèi)溫度分布具有周期性變化的特點(diǎn);而連續(xù)控制燃燒的爐內(nèi)溫度分布是相對(duì)穩(wěn)定的。
該燃燒系統(tǒng)特別適合于對(duì)溫度和氣氛要求嚴(yán)格的快速燒成。它能滿足在低溫升溫階段為
快速排除陶瓷坯體的水分而對(duì)大量爐氣的要求。并且,在中溫和高溫階段既能滿足多數(shù)瓷在氧化氣氛下燒成的要求;在調(diào)整空氣系數(shù),也能滿足一些瓷件在還原氣氛下燒成的要。該燃燒系統(tǒng)具有節(jié)省燃料、爐內(nèi)溫度均、對(duì)流給熱系數(shù)大的特點(diǎn),能滿足不同產(chǎn)品不同的加熱階段對(duì)爐內(nèi)氣氛的要求。因此在國(guó)內(nèi)外受到用戶的歡迎。