进入9O年代,脉冲控制高速燃烧系统逐渐用于陶瓷烧成窑上。该系统的燃烧器仅在两种状态下运行,即只在额定的供应能力(称为脉冲的峰值)和最小的供热能力(称脉冲的谷值)下运行。对窑炉的供热量是通过控制两种状态的工作时间的比例来实现的,如:控制烧
嘴在峰值的工作时间/在谷值的工作时间≈1/4实现20%供热量;峰值时间/谷值时间≈1/1实现5O%供热量;峰值时间≈1,即在额定能力下连续燃烧,实现100%供热量。
在实际运行时,每一脉冲峰值的工作时间(即脉冲宽度)可是ls、10s,甚至100s以上我们为陶瓷间歇窑开发的脉冲控温系统在脉冲峰值的工作时间定为1~45s连续可调。
在实验炉上控温实验表明,在400℃保温,脉冲宽度为1s,控温精度可达±l℃,而脉冲宽度为40s,控温精度难以达到±15℃的需要。
为此我们开发了两种配套的燃气脉冲控制高速烧嘴,一种是有独立的进行连续点火的先导点火系统;另一种不设独立的先导点火系统,这两种烧嘴的主要技术特性如下:
①焰气最高喷出速度为150m/s;②供热能力调节比为1:20;③烧嘴的燃烧动态特性
好,可以在1s之内实现从最小供热能力增至额定供热能力,也能在ls之内实现从额定供
热能力降至最小供热能力L2J。
这类燃烧系统主要靠烧嘴在燃烧脉冲峰值时进行供热。这时,焰气以额定的高速喷出卷吸周围炉气形成循环气流,同时降低其本身的温度。这样就带来以下的优点:
(1)在烧嘴较低的供热负荷下,可以不掺人过剩空气就能获得较均匀的炉温和较高的炉内传热系数,并消除了过剩空气排出炉外带走的热量,节省燃料。
(2)燃烧空气系数(即气氛)可独立于喷出气流的温度、速度和供热能力而进行精确的调节。饲如,用间歇窑烧制催化剂载体陶瓷时坯体内有许多造孔用的有机物,在使用过剩空
气或调温高速烧嘴进行连续比例调节时,在有机物燃烧的温度下(400~600℃)工艺要求弱还原或中性气氛,不能掺大量调温空气时,由于需热量少、焰气喷速低,窑温的均匀性就难以保证。使用脉冲控制高速燃烧系统时,只须将空气系数调整至1.0,就可实现该要求。
脉冲控制高速燃烧系统是一种新型的加热系统,它的特性还有待深入研究和认识。应该
指出,在很低供热量的工况下,脉冲控制的高速烧嘴喷出焰气量小,其动量很小,难以卷吸周围的炉气形成强劲的循环气流,因此也就不能提供高的传热系数和均匀的炉温,特别是在间歇式陶瓷烧成窑的低温阶段,陶瓷生坯要求有较大的炉气流量来提高对流给热系数和带走生坯干燥排出的水分,以利于进行均匀、快速的加热和干燥。另外,低强度的陶瓷生坯也难以承受高速的高温焰气的热冲击。近年出现脉冲/连续比例控制调温高速燃烧系统较好解决上述的困难。它可按烧成工艺要求的最佳条件人为地选用其中的一种方式实现最佳烧成。如烧制大型陶瓷制品,可采用如下控制方式:
①室温~700~C用连续比例控制调温高速烧嘴;②700~1300E及保温阶段用脉冲控制高速烧嘴;◎1300~650~C急冷阶段用脉冲控制;④650~室温用连续比例控制。
我们开发了燃气脉冲/连续比例控制系统和配套的燃烧器。控制系统主要技术特性:
①在任意控温范围内均可按人工设定自动实现脉冲控制或连续比例控制。②脉冲峰值的
宽度在1~45s之间连续可调,人工设定;脉冲谷值在0~co之问连续自动调节。③控温精
度±1℃。
配套的燃烧器主要技术特性:
①供热能力调节比高达20:1;◎喷出焰气温度调节范围广:(空气温度+30℃)~0.93x理论燃气燃烧温度;③焰气气氛可由强还原至强氧化任意调整(相应的空气系数为0、5~25);④燃烧动态特性好:在ls内可实现从最小燃烧能力到额定燃烧能力的切换,焰气最高喷出速度达150m/s。
在实验炉中进行实测,控温精度在升温阶段优于±5℃,保温阶段可达±l℃。通过在实
验炉上的实测,我们发现脉冲控制燃烧的炉内温度分布具有周期性变化的特点;而连续控制燃烧的炉内温度分布是相对稳定的。
该燃烧系统特别适合于对温度和气氛要求严格的快速烧成。它能满足在低温升温阶段为
快速排除陶瓷坯体的水分而对大量炉气的要求。并且,在中温和高温阶段既能满足多数瓷在氧化气氛下烧成的要求;在调整空气系数,也能满足一些瓷件在还原气氛下烧成的要。该燃烧系统具有节省燃料、炉内温度均、对流给热系数大的特点,能满足不同产品不同的加热阶段对炉内气氛的要求。因此在国内外受到用户的欢迎。