1概述
近年來，我國對節能減排的要求越來越高，而能耗的降低，不僅需要在生產過程中嚴格把控，更需要采用先進的節能技術和配套的節能設備。在各個行業，燃料化學能轉化為熱能的過程都離不開燃燒器，因此，各種高效燃燒器的開發成為關注的焦點。
由于氣體的導熱性能和輻射性能較差，傳統的以自由火焰為特征的燃燒，不可避免地具有溫度分布不均、燃燒區域狹小、污染物排放過多等缺點。而多孔介質中的預混燃燒方式是一種燃燒途徑完全不同、新穎而獨特的燃燒技術，是氣體混合物在耐高溫、導熱性能好的特殊多孔介質材料里燃燒的過程。預混燃燒方式在空氣過剩系數較小的條件下，可達到完全燃燒，C0和N0x的排放量很小，并能均勻地以對流、輻射方式進行傳熱，熱效率較高。
2燃燒器的歷史變革
1792年，蘇格蘭人默克多第一次把焦爐煤氣用于照明，人們由此認識了擴散式燃燒；1855年，本生發明本生燈，大氣式燃燒進入了人們的視野。經過100多年的發展，人們逐漸掌握了各種燃燒方式的特點，燃燒器在理論及結構上也都發生了深刻的革，很大程度上促進了工業的發展[1]。為滿足不工藝的需求，人們通過控制燃氣與空氣的速度與向，得到各種形狀的火焰，如平板型、碟型、長型、鉛筆型。20世紀末期，大部分工業操作的靈活性熱量需要得到了滿足，燃燒器設計與發展的腳步乎要放慢了，但環保的要求又使人們開始了對N0x燃燒器的開發。目前國內外已采用的多種N0x燃燒器，其抑制原理大都是采用促進混合、分火焰、煙氣再循環、階段燃燒、濃淡燃燒以及它們組合形式。紅外線輻射燃燒器則是另外一種在接正常比例或高火焰溫度下，仍具有極低的N0x排性能的燃燒器。
3各種燃燒方式的特點
①擴散式燃燒
這是一種最簡單的燃燒方式。燃燒之前，燃不與空氣混合，燃氣自火孔流出后，靠擴散作用與氣混合進行燃燒。該燃燒方式的優點是簡單、容點火、不會回火、燃燒穩定及燃具結構簡單。缺點對于空氣需求量大的高熱值燃氣(天然氣、液化油氣)，靠層流擴散達不到完全燃燒；煙氣中C0含量比較高，燃具體積比較大。因此，民用燃具大都淘汰了擴散式燃燒方式。但是，層流擴散式燃燒方式也有其不可忽視的優點，如穩定性較高，沒有回火，不容易離焰。由于燃燒過程中溫度不高，氧氣濃度低，不具備產生N0x的條件，其燃燒產物中幾乎沒有N0x，但是在這種條件下，卻容易產生C0，因此采用這種燃燒方式時，必須有足夠的燃燒空間。目前我國還有不少地區使用低熱值人工煤氣，如果采用部分預混式燃燒方式，火焰不能達到穩定，可以考慮采用擴散式燃燒方式。
強制鼓風擴散燃燒方式多用于工業爐中的工業燃燒器。采用這種燃燒方式需要合理地組織空氣與燃氣混合，避免產生大量的N0x與C0。
②部分預混式燃燒
部分預混式燃燒習慣上又稱大氣式燃燒。與擴散式燃燒相比，部分預混式燃燒具有燃燒完全、火焰短、熱強度大的優點，但是這種燃燒方式呵能產生回火、離焰與脫火，在控制好一次空氣的條件下，能具有一定范圍的不離焰、不回火的穩定火焰區，在此區內可以調節熱負荷。部分預混式燃燒在民用燃具中得到了廣泛應用，這是由于其燃燒產物中C0較少，充分利用了燃氣自身的壓力與空氣混合，燃具結構簡單，操作方便。
引射型大氣式燃燒器用于工業時，由于工業要求熱負荷大，所以引射器的體積也比較龐大，在安裝與維護方面都會產生問題，因此大工業爐一般不采用此種形式的燃燒器。
部分預混式燃燒最大的優點是改善了層流擴散燃燒方式燃燒不完全的特點。民用燃具的熱負荷不高，完全可以靠燃氣壓力通過引射器吸入足夠的部分空氣進行大氣式燃燒。同時可以通過調節燃氣壓力來調節熱負荷，并且在不同的熱負荷下，一次空氣系數變化不大。因此，引射型大氣式燃燒器能夠廣泛應用于民用燃具。
部分預混式燃燒也有以下缺點：a.需要組織好二次空氣，需要足夠的二次空氣進口面積及必要的爐膛高度，所以很難減小燃燒設備的體積。b.燃燒產物中N0x含量較高，采取措施后，N0x含量降低，而C0含量升高，很難達到C0與N0x含量都降低的效果。
③全預混式燃燒
將燃燒所需空氣全部混入燃氣再進行燃燒的全預混式燃燒，其特點是火焰短，附著于燃燒表面，甚至看不到火焰，故也稱作無焰式燃燒[2]。這種燃燒方式的穩定性較差，穩定燃燒的范圍較小，必須采用防止離焰與回火的穩焰措施。民用燃具中的紅外線輻射器和灶具就是采用多孔陶瓷板或雙金屬網作為穩焰載體，達到穩焰的效果。工業燃具中，熱負荷小的燃具與民用燃具相同，采用多孔陶瓷板，熱負荷大的燃具則多采用單火道及多火道進行穩焰。
全預混式燃燒的優點：燃燒強度大，火焰短，可以降低爐膛高度；不需要二次空氣，省去了二次空氣的入口面積；具有較大的面積熱強度與體積熱強度，可縮小燃燒設備體積；火焰面可以靠近熱交換器，增大傳熱系數；燃燒產物中C0及N0x含量都比較低。
全預混式燃燒的缺點及特殊的技術要求：當熱負荷較大時，無法利用燃氣自身壓力通過引射器吸入空氣，需要有保證燃氣與空氣混合比例的裝置，并且維持此比例不受熱負荷變化的影響；應有可靠的避免離焰、回火的穩焰措施，必要時需要冷卻頭部，防止回火。
4全預混金屬纖維燃燒器
①全預混燃燒器的發展史
基于全預混燃燒器燃燒特性的優勢，很多科研人員對全預混燃燒器進行了廣泛的研究。燃燒器的燃燒表面目前主要有兩種結構形式：多孔陶瓷板和雙金屬網，二者也可聯合應用。
1996年德國人開始采用耐熱抗高溫氧化的合金絲網和纖維氈作為燃燒器表面進行試驗，采用添加稀土的合金，抗氧化和耐熱溫度可達1200℃。經過幾年的研究，一種以金屬纖維材料作為燃燒表面的全預混燃燒器成功面世。
②主要研究成果
全預混金屬纖維燃燒器憑借其較大的優越性，已經在國外得到應用，近年來國內也有人研究將其應用于中餐灶，但如何將其應用于工業燃燒器目前還未有人涉及。
隨著技術的發展，已經有國內企業可以生產專用于燃燒的金屬纖維氈。全預混金屬纖維燃燒器采用這種耐熱的金屬纖維氈作為燃燒輻射表面，這種金屬纖維氈類似粗麻布一樣柔軟，可以自由加工成各種形狀的輻射面，具有很高的機械強度。金屬纖維氈的孔隙直徑遠小于燃氣的熄火距離，且編織時其長纖維位于同一平面，因此橫向熱傳導性好，燃燒器工作時表面容易燒紅；另一方面，金屬纖維氈在垂直方向上是長纖維的點接觸，因此在氣流方向上以長纖維的接觸傳熱為主，熱導率相對較小，即使金屬纖維氈表面溫度達到近1000℃時，未燃氣體側的溫度與混合氣溫度仍然很接近，能有效防止回火，因而金屬纖維氈是一種非常理想的表面燃燒介質材料[3]。同時由于燃燒表面的纖維結構，其穩焰性能遠高于其他材料，因此可以實現燃燒以兩種方式進行：紅外輻射方式和藍焰方式[4]。藍焰方式是可燃氣體混合物在金屬纖維氈上方燃燒，火焰呈藍色浮在表面上，熱量以對流方式釋放。
雖然金屬纖維氈解決了全預混燃燒方式易回火、燃燒不穩定的問題，但由于材料本身的柔軟特性，在燃燒時強度不夠，容易產生塌陷。因此必須給燃燒表面設計必要的支撐結構，且該結構不能對燃燒頭部的阻力、燃燒強度和均勻性產生影響。由于金屬纖維氈未燃氣體側溫度較低，支撐結構位于此側時不會產生較高溫度，壽命較長。
金屬纖維氈的結構主要以纖維絲為主，支撐結構為鋼質材料，從安全的角度考慮，必須要完成二者的密封結合，防止氣體泄漏。傳統的機械密封方式和氬弧焊、C02保護焊均不能實現二者的結合，經過大量的試驗得知，使用滾壓焊可以實現二者的密封結合。
燃燒頭部的混氣裝置選用工頻離心風機將空氣送入混氣管中，空氣與燃氣的混合氣通過旋流片進入燃燒頭。
為了滿足實際應用的需要，選用比例閥控制及燃燒控制系統，使其具備預吹掃、自動點火、火焰檢測、熄火保護報警、燃氣高低壓保護、風機故障保護、負荷可調等功能。
5全預混金屬纖維燃燒器的應用和特點
全預混金屬纖維燃燒器可廣泛用于餅干、蔬菜、鰻魚等食品干燥，物料解凍，采暖保溫，玻璃及金屬材料的退火，織物紙張的干燥，涂料固化，瀝青路面熱再生，烘烤設備，紅外線灶具，冷凝鍋爐，熱水器等行業；
對金屬纖維表面燃燒低氮控制技術的常見誤解（解讀）
誤解之一：安全性差，易回火、易爆燃
真實情況：
1、金屬纖維全預混燃燒對于空燃比例控制有一定的要求，當空氣嚴重不足時，尤其是大功率運行工況下，如果不及時停止加熱，極容易損壞表面織物，嚴重情況下會發生回火。
2、需要采用科學的爐頭設計及點火方法，不同功率的燃燒機對于點火的方式有不同要求，應調整好點火功率；如果爐頭設計不合理，點火方式不能及時將釋放的可燃氣體點燃，會引起爆燃。
解決方法：
1、正規燃燒機的空燃比例控制能力完全滿足安全性能的要求，只要監控好煙氣氧含量（推薦安裝煙氣氧量分析儀進行實時監測），出現異常及時調整或停機，就不會發生回火。
2、爐頭設計方案必須經過爐外試燒和工況實踐驗證，功率較大時應采用引導火點火，同時，將點火功率盡量調小些，這樣就不會發生爆燃。
特別提醒：
1、必須做好爐頭的防護，表面織物的損傷或導致容易發生回火。
2、燃燒機要求表面燃燒均勻，設備總成廠家必須具備爐內或爐外燃燒工況試驗條件。
3、必須由有經驗的專業人員進行鍋爐的調試，調試不當極易在短時間造成爐頭損壞，或者導致后續使用過程發生回火、爆燃事故。
誤解之二：燃燒效率不理想
真實情況：
盡管金屬纖維全預混燃燒達到超低氮燃燒需要高過量空氣系數，但燃燒過程非常充分，應用在傳統鍋爐中，大多數情況都測試不到CO的含量。
誤解之三：鍋爐效率下降大
真實情況：
1、主流低氮燃燒控制技術都會帶來鍋爐效率的一定影響。傳統鍋爐簡單更換金屬纖維燃燒機，確實會帶來1%左右的效率下降，這是增加過剩空氣必然的結果，但是，如果供熱項目熱力運營管理不善，其它原因導致的熱損失往往更大。
2、不同氮氧化物排放要求，效率的損失也存在差異（詳見前貼關于氧量與排放的實測數據）。
解決方法：
1、任何技術都是有代價的，實施精細化熱力運營管理，包括采用更節能的燃燒控制方式、加裝新型更有效率的煙氣余熱回收裝置，有利于減小實際熱力運營的熱損失。
2、最重要的，金屬纖維全預混燃燒方式大大減小了對燃燒室體積的要求，重新針對性設計鍋爐換熱結構，提高鍋爐換熱效率，是經過國外實踐證明的發揮該燃燒方式優越性的有效解決途徑。
誤解之四：投資較大
真實情況：
1、隨著金屬纖維全預混燃燒機及相關配套總成的成功研發，該技術路線國產化逐步步入成熟階段，綜合造價遠低于原先進口渠道的同類產品，對于其他實現低氮燃燒的方式具有非常突出的競爭力。
2、最重要的，金屬纖維燃燒機安裝簡便，惠同?改造方案實現了傳統燃燒機與鍋爐的無縫對接，現場施工量極小，占地和傳統機器也相差無幾，特別適合場地有限的低氮燃燒改造項目。
誤解之五：運行費用高
真實情況：
1、惠同?金屬纖維織物擁有自主知識產權，經對比測試，壽命完全能達到國外同類產品水平；采用適當的過濾方式，金屬纖維爐頭使用壽命可達10年以上。
2、惠同?金屬纖維燃燒解決方案，采用了容塵量大、方便清潔的空氣過濾筒，價格低廉，維護簡單、輕松，更換周期長。
3、經過對比測試，惠同?金屬纖維爐頭具有更大的容塵能力，同等使用條件更難堵塞。
4、鍋爐現場都有運行維護人員，濾網清潔工作運行人員只需要花很少的時間即可完成。
