金属燃烧

金属本身或作为燃烧表面的燃烧

金属燃烧是指金属本身或作为燃烧表面的燃烧。金属钠、金属镁等遇水发生的燃烧即为金属本身燃烧。以特种金属纤维作为燃烧表面而发生的燃烧则是另一种金属燃烧，这种燃烧技术是近些年才逐渐推广应用的新型燃烧技术，被广泛应用于不同的领域。

金属纤维燃烧

应用简介

锅炉金属纤维燃烧器是一种全预混微焰式燃烧器，以特种金属纤维作为燃烧表面，燃烧强度可以达到2500kw/m2。这种燃烧技术是近几年才逐渐推广应用的新型燃烧技术，被广泛应用于不同的领域。根据输出功率的大小不同，火焰有两个基本模式，在低功率输出时，燃烧器为红外辐射模式，在高功率输出时燃烧器是蓝火焰模式，调节功率输出时，火焰就在这两种模式之间变化。

燃烧器由于是微焰形式燃烧，所以火焰很小，发热均匀，基本杜绝燃烧室的极端高温，因此，氮氧化物的排放非常低，是最环保的燃烧方式。燃烧器对燃料和空气进行全预混方式，并进行了精密的调节和控制，保证了燃气和空气的完全混合，使燃烧更充分，在目前的燃烧技术中“一枝独秀”。燃烧器采用铁-铬-铝纤维作为燃烧表面基材，其使用的最高温度可达1300℃，由于其1000℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度，所以金属纤维燃烧器除具有燃烧效率高外，还具有耐热冲击、低压降、安全无回火、反应迅速、热惯性小、冷却快、经久耐用、有害气体释放少等优势。与传统的大气燃烧式燃烧器比较，具有：燃烧均匀、热效率高、有害气体释放少、可减小锅炉体积等特点。

1.热强度高、调节范围大

国外在20世纪80年代开始研究金属纤维燃烧器，根据Acotech公司的资料，过剩空气系数在1.1—1.3时，在不同的表面热强度下燃烧工况不同：当表面热强度为0.1—0.8W/mm2呈表面燃烧形式，表面烧红至800—1000℃,发红外线射线；当表面热强度达0.9 W/mm2时出现蓝色火焰浮在表面，当表面热强度到达5W/mm2时，也不会脱火。金属纤维燃烧器还可以做成向下辐射的形式。

2.燃烧产物中CO与NOX含量很低，在高热强度下(900千瓦/平方米)，CO含量低于40ppm, NOX含量低于120ppm。

3.金属纤维载体比多孔陶瓷板牢固，不怕冷水击，有一定机械强度，并可加工成任何形状。

4.热惰性小，能很快加热，很快冷却。

5.噪声低。

6.在全一次空气予混的条件下(过剩空气系数为1.1—1.3)，不需要冷却头部的装置。应用：热水锅炉，烘干设备，工业炉窑，工程加热设备。

燃烧器特点

金属纤维表面燃烧不仅具有红外燃烧的特点，而且低污染排放的特点引起了人们的广泛注意。金属纤维燃烧器的头部是由极细金属纤维制成的。金属纤维既可以烧结在一起，形成刚性而多孔的板材，也可以通过纺织过程制成柔软的织物。两种结构都提供了透气性很强的均匀介质。既可以在热辐射模式下又可以在蓝焰模式下燃烧，而且能在两种模式下实现燃烧平移转换。

金属纤维燃烧器具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性。这给予了燃烧器超常的使用寿命。当燃烧器在封闭的环境中，表面温度和辐射效率将会提高。金属纤维燃烧器长寿命工作的最高温度为1100℃。

金属纤维燃烧器具有抗热冲击性能，由于采用了100%的金属，金属纤维燃烧器甚至可以经受极限状态的热冲击。水泼在燃烧器的表面上将会被蒸发，而不会在燃烧器表面留下任何损坏的痕迹。此外，金属纤维燃烧器还具有良好的抗机械冲击性能、逆火安全性能和快速冷却性能。

金属纤维燃烧器的柔性，使燃烧器的头部可以做成任何形状。如扁平形、圆筒形、圆锥形、凹形、球形等。

金属纤维燃烧器红外辐射的特性和低污染排放的特点，使其应用于很多行业，包括家用烤箱、工业炉、食品行业、纺织业、汽车业、玻璃制造业、钢铁铸造业等。

工作原理

金属纤维燃烧器属于预混气体表面燃烧。预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表面层进行燃烧。燃烧以两种方式进行，既红外热辐射方式和蓝焰方式。红外热辐射方式是可燃混合物在织物内部进行燃烧，金属纤维织物被加热至白炽状态，一部分热量以辐射方式释放。蓝焰方式是可燃混合物在织物上方燃烧，火焰承蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放。

由于金属纤维织物的均匀透气性和燃气与空气的均匀预混，燃烧十分稳定和温度分布均匀，没有局部高温存在，因此抑制了NOx的生成。预混又有足够的空气供给，故CO的排放也低。

气割金属

火焰切割过程包括预热、燃烧、吹渣三个阶段，但并不是所有金属都能满足这个过程的要求，只有符合下列条件的金属才能进行氧气切割：金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点；金属燃烧生成氧化物的熔点应低于金属熔点，且流动性要好；金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应，且金属本身的导热性要低。

符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。其它常用的金属材料如铸铁、不锈钢、铝和铜等由于不满足上述条件，所以不能应用氧气切割，这些材料目前常用的切割方法是等离子弧切割。

燃烧氧化预防

预防镁合金在压铸过程中的燃烧和氧化的方法有：熔化金属和空气中的氧/氮的反应减少到最低程度；在低于初始熔点的温度下，可以使大块的金属不燃烧；有液体金属出现时，不使用熔化保护可能会发生剧烈的氧化/燃烧；随着温度的增加，液体金属的汽化增加了火灾发生的可能性；低熔点下使用干燥而干净的盐熔液；含有少量SF6和SO2保护气体；采用IMA（国际镁合金协会）建议使用的熔化保护，对于标准的压铸操作，最常见的做法是干燥空气中混合0.2%的SF6；为避免吸收水分，不要使用过长的保护气体输送管；在输入铸锭和其它操作时，尽量减少炉盖窗口的打开时间；尽量避免各种泄漏；确保保护气体直接通至熔化金属表面；在提供良好保护的前提下，把流量调节到最少；确保保护气体的供应不能中断；用熔渣工具经常清理熔化金属表面积聚的反应物。

火灾预防

在某些物理状况下，几乎所有碱金属会导致燃烧，其中有很多种会造成较特殊的危害。由于轻易造成燃烧，一些金属称为“易燃金属”，有起火特性。

分类

易燃金属要根据分子量、温度、稳定性及种类来作精确区分并不轻易，为简化火灾安全介绍，使用下列方法来区分易燃金属。(1)自燃金属：包括一些碱性物质，如镁、钛、锌、铯、铷、及钠钾合金。(2) 放射性物质：如钸、钍及铀等。(3) 非自燃金属：包含贸易用结构物，如镁、钛、锌、铪等。一些大块物质，如块状物及压成块状型式的金属，在水中并非自燃，但磨成粉状则会自燃。以机械处理磨成粉状比储存在桶中要更易燃烧。由于表面积增加，粉状比块状更易反应，且金属箔比薄页纸更易燃烧。灰尘及粉状物为高反应形式，甚至有一些为自发性反应。

危害因素

易燃金属燃烧、爆炸的直接相关因素：

主要因素为燃烧速率，刚开始时反应较慢，然后迅速反应至爆发，由点而线而面至整体迅速反应。

次要因素为潜伏危害，如温度、湿度、纯度、表面氧化度、压力等等。这些因素将可能是导致反应的重要因素。直接影响其燃烧，同时其潜伏热量可能提升至燃烧温度。

燃点及能量为两大重要因素，但是像电火花、露天火苗、静电、机械运转的摩擦生热都有可能造成燃烧。

灾难防止对策

减低起火、爆炸的可能性：

1．使用较小量的自燃物或不易燃合金。

2．当操作时，降低运作所产生的热能。

3．当研磨、切片时，碎屑应尽快清理干净，以免发生反应造成危害。

4．降低导致燃烧的因素，特别是接近现场时。

5．操作当中附加惰性气体，如氦、氩等。