烧嘴火焰刚性量化的测定方法与流程

本发明涉及一种火焰刚度的测定方法，具体的说是烧嘴火焰刚性量化的测定方法。

背景技术：

表示烧嘴燃烧性能的参数很多。包括温度场、火焰形状（长度、宽度、厚度及轮廓等）、pv曲线、排放指标、火焰刚性、燃尽率等。火焰刚性在某些应用场合非常重要，但由于不能量化而只作为参考，以好坏区分，包括在相关国家标准中，《ybt160-1999冶金工业炉燃烧器性能实验方法》中也未提及该参数。

在燃烧器的应用中，当烧嘴在某一空间燃烧，该空间内有很强的气流通过时，如火焰刚性不够强，火焰会被吹灭，如果不能及时发现，混合的空气煤气将会带来严重的后果，比如爆炸、影响产品质量等。为了避免此问题，工程上一般烧嘴都配有一个或多个火焰检测。火焰的刚性目前还没有定量的计算公式。也没有统一明确的实验测量方法。

在工程应用中，火焰刚性的好坏，一般采用两种方法进行判断，一种是燃烧时，肉眼观察，以火焰直，无弯曲，当火焰较小时，也可以用嘴吹一下，看能否吹灭。另一种方法就是实际应用，将烧嘴安装在使用现场炉子上实验，看实际使用效果。判断是否满足使用要求。

这两种方法，都不能定量的说明火焰刚性的优劣。用肉眼观察不能代替现场实际需求。无可取性。现场实际试用，一旦不行，影响生产、项目进度，弊端显而易见，当生产工艺发生改变时，也会带来无法预知的风险。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种烧嘴火焰刚性量化的测定方法，可以在实验室对烧嘴的火焰刚性定量标定。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种烧嘴火焰刚性量化的测定方法，其特征在于它包括如下步骤：

步骤一：连接火焰刚性量化的测试系统，该系统包括依次连接的变频风机、流量计、调节阀、喷风管和喷风板；

步骤二：在风出口处固定一片喷风板，该喷风板上纵向和横向均间隔设有若干喷孔，所有喷孔前的压力一致，每个喷孔喷出的气流等速等量；

调节喷风管的总送风量使通过喷风板的速度发生变化，在距离喷孔的不同距离进行风速的检测，测绘出风速的变化曲线；经过调整喷孔的大小及间距，调整通风量及风速，结合风速变化的检测，确定合理的检测区间；

步骤三：调整烧嘴功率；

步骤四：通过调整点火枪的位置使火焰置于气流截面a0范围内，a0范围内各点的流速一致，均为v0；

步骤五：调整火焰中心到喷风板之间的距离并使该距离保持在l1范围内，所述l1距离需满足v1=v0*k，其中，v1为火焰流速，k为风速的精度系数；

0-l1区间内测得数据为有效数据，不同的喷速对应不同的l1值；

步骤六：从低风速开始测试；将风机功率调整至低功率运行，通过调整调节阀的开度，调整喷风口风速，调整过程观察火焰是否有脱火现象；

步骤七：逐步调高喷口风速，同时观察火焰是否有脱火现象，如开始出现脱火，记录此时的风速；

根据测定得出：

当0°<θ<90°时，frθ=fr0*cos(θ)+fr90*sin(θ);（1）

当90°<θ<180°时，frθ=fr0*cos(180-θ)+fr90*sin(θ);（2）

由此计算出火焰与喷风任意夹角时的火焰刚性值。

本发明的有益效果是：彻底解决了火焰刚性的量化问题。为工程应用及烧嘴选型提供了可量化的选型参数。

该方法使得烧嘴的产品可以明确其应用环境，比如，可以做出明确的判断，适宜用在流速低于50米/秒的管道上45度安装。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为测试系统示意图。

图2为喷风管出口结构示意图。

图3为喷风板结构示意图。

图4为喷风口处的风速变化图。

具体实施方式

在工程上，烧嘴火焰所处的环境最大风速一般是已知的，方向也是明确的。表示风速的国际单位为[米/秒]，因此，我们也用风速的单位表示火焰刚性，火焰的刚性为矢量，还与角度有关。刚性被量化后，也可以称为刚度。

火焰燃烧稳定性最基本的要求是无脱火、回火现象。脱火严重时火焰会熄灭。我们以出现脱火为判定量化的依据。

火焰的燃烧方向与环境气流的方向可以分为三种，火焰流动方向与环境气流方向夹角设为θ，当θ=0时为同向，称为顺流，同样火焰流动方向与环境气流方向夹角θ=180时为逆向，称为逆流，火焰流动方向与环境气流方向夹角θ=90度时，称为横流，其余方向可以用三种流向的矢量方程计算而得。

为了方便说明，我们定义火焰刚性指标符号为[fr]，火焰流动方向与环境气流方向夹角为θ时，记作frθ。

如图1、2所示：一种烧嘴火焰刚性量化的测定方法，步骤一：连接火焰刚性量化的测试系统，该系统包括依次连接的变频风机1、流量计2、调节阀3、喷风管4和风出口5；

如图3、4所示：步骤二：在风出口处固定一片喷风板6，该喷风板上纵向和横向均间隔设有若干喷孔7，所有喷孔前的压力一致，每个喷孔喷出的气流等速等量；

调节喷风管的总送风量使通过喷风板的速度发生变化，在距离喷孔的不同距离进行风速的检测，测绘出风速的变化曲线；经过调整喷孔的大小及间距，调整通风量及风速，结合风速变化的检测，确定在一定的喷出距离，其速度变化不大。以此区间作为检测区间，可以保证足够的精度；

步骤三：调整烧嘴8功率至某一需测定的工况（假设为额定功率，空燃比1.1）；

步骤四：通过调整点火枪的位置使火焰置于气流截面a0范围内，a0范围内各点的流速一致，均为v0；理想状态下，假设有一束气流，其截面a0范围内各点的流速是一致的，均为v0，气流截面范围大于火焰的截面覆盖区域a1，通过调整气流的输入量，使v0发生变化。

在圆形管内，其平均流速不会因为喷出距离而减小，但边界流速与中心流速差异较大，另外，不便于计量与观测。

在敞开的空间内，由于空气摩擦力的作用，气流速度随着喷射距离，其流速会逐渐减小，另外，边界效应的影响，在靠近气流的边界部位，其流速也会低于中心部位。

步骤五：调整火焰中心到喷风板之间的距离并使该距离保持在l1范围内，所述l1距离需满足v1=v0*k，其中，v1为火焰流速，k为风速的精度系数；

0-l1区间内测得数据为有效数据，不同的喷速对应不同的l1值；

步骤六：从低风速开始测试；将风机功率调整至低功率运行，通过调整调节阀的开度，调整喷风口风速，调整过程观察火焰是否有脱火现象；

步骤七：逐步调高喷口风速，同时观察火焰是否有脱火现象，如开始出现脱火，记录此时的风速；

根据测定得出：

当0°<θ<90°时，frθ=fr0*cos(θ)+fr90*sin(θ);（1）

当90°<θ<180°时，frθ=fr0*cos(180-θ)+fr90*sin(θ);（2）

由此计算出火焰与喷风任意夹角时的火焰刚性值。

如需测量其他角度的极限风速，调整火焰与喷风角度即可。

如需测量其他火焰工况，调整好烧嘴火焰，重新开始标定。

记录数据如下表1。

表1火焰刚性测定记录表

（注：表中数据为假设。）

根据实验测定:

当0°<θ<90°时，frθ=fr0*cos(θ)+fr90*sin(θ);（公式1）

当90°<θ<180°时，frθ=fr0*cos(180-θ)+fr90*sin(θ);（公式2）

由此可以计算出火焰与喷风任意夹角时的火焰刚性值。