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在传统的工业炉设计中，燃烧器的火焰速度大约为每秒几米，当燃烧产物温度在600 °C～800 °C时，炉内对流换热与辐射换热各占50％；在燃烧产物温度为800 ℃以上时，以辐射换热为主；在燃烧产物温度达到1 400 ℃时，辐射换热是对流换热的10倍,所以大部分炉窑设计中,是以辐射换热为基础。但是在采用高速气体燃烧器后，即使在高温区，炉内被强化的对流换热在综合换热中所占的比重大大提高，具体说明如下：
采用普通燃烧器时，火焰速度低，燃烧产物在被加热物表面的流动为层流，层流的对流换热系数为h1-Nu＊λ/d。
式中 努谢尔特数Nu=0.332Pr1/3＊Re1/2；Pr为普朗特数；Re为雷诺数；λ为气体的导热系数；d为流道当量直径。
采用高速气体燃烧器, 火焰喷射速度高(100 m/s～300 m/s),被加热体表面流动以紊流为主，紊流附面层局部放热系数为h2=Nu＊λ/d。式中Nu=Pr1/3(0.036Re0.8-836)
设加热炉内腔尺寸为6.45m×2.3m×2.9m，燃烧产物温度为1 790 ℃，被加热体温度为900 ℃。
采用普通燃烧器，燃烧产物流速为5 m／s时，燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q1=h1(tg-tw)=2671X4.18kJ/h＊m2。
采用高速气体燃烧器，燃烧产物流速为150 m/s时，燃烧产物与被加热体表面之间的对流换热比热流为q2=h2(tg-tw)=10685X4.18kJ/h＊m2。q2是q1的4倍。
国外曾就辐射加热炉和高速对流加热炉进行过比较试验，在0 ℃～1 200 ℃的加热过程中，辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的6倍，在750 ℃～1 200 ℃的加热过程中，辐射加热炉所需加热时间是高速对流加热炉的10倍。
1980年，国内引进高速气体燃烧器在井式加热炉上进行技术改造，原有的辐射加热炉从0 ℃～650 ℃升温需要24 h，而采用了高速气体燃烧器的加热炉从0 ℃～650 ℃升温只需4 h，并且燃料消耗量也由于采用了高速气体燃烧器可以节省25%～30％。在油田，用高速气体燃烧器改造成三合一加热炉，加热效率提高了1倍，而燃料消耗量节约了20％。
高速气体燃烧器的燃烧产物高速冲进加热炉内，搅动多倍的炉内气体随之掺混，可以大大提高炉内温度均匀度。国外一家工厂用高速气体燃烧器改造加热炉后，炉内温度均匀度可由±15 ℃提高到±2 ℃。国内井式加热炉采用高速气体燃烧器后，炉温均匀度达到±7 ℃。
新研制的高速气体燃烧器,为了达到完全燃烧，使燃气和空气通过众多的喷孔分别进入燃烧室，燃气射流与空气射流一一撞击，均匀混合，合成射流矢量方向应与燃烧室主轴线平行，避免一射流穿透另一射流，造成混合不均。为了减少NOx的生成，采取分区燃烧，前区燃烧温度低于后区燃烧温度，在燃烧室出口燃烧温度。前区是贫氧燃烧，后区增加供氧，在燃烧室出口达到过剩空气系数α＝1。
如此设计，既能够合理配风，保证完全燃烧，防止CO生成，又能够维持较低的燃烧温度，减少有害气体NOx的生成。
燃烧室内充满高温的燃烧产物,其金属室壁必须有足够的冷却，才能工作。效仿液体火箭发动机的再生冷却，在高速气体燃烧器的设计中，利用空气在燃烧室外腔流动，吸收室壁传导的热量，保证室壁在的温度范围内工作。同时将空气预热能够促进完全燃烧和提高理论燃烧温度。
在燃烧室喷口局部高温区，专门设计有空气膜保护金属壁。
由于采取了以上的设计，高速气体燃烧器的使用寿命可达3年，而其他单位设计生产的高速气体燃烧器的燃烧室由耐火材料作内衬，使用寿命为几个月，甚至有的产品，其耐火材料内衬工作不足3个月就开裂。
在高速气体燃烧器设计中，为了使燃烧产物具有足够的动量，燃烧室应该有一定的压力。根据用户提供的燃气物理化学参数和速度要求，进行燃烧计算确定燃烧产物的各个热力参数后，燃烧室内燃烧产物的压力可以求出，即pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)。
式中pc为燃烧室压力；pa为环境压力；k为燃烧产物绝热指数；R为燃烧产物气体常数；T为燃烧温度；w为燃烧产物在喷口处的流速。
空气和燃气进入燃烧器，流经各自的通道，经过喷孔进入燃烧室，沿途存在一定的流阻。
燃烧器的空气入口压力pk是燃烧室压力pc和空气压降Δpk之和，燃烧器的燃气入口压力pr是燃烧室压力pc和燃气压降Δpr之和。即：pk=pc＋Δpk 。pr=pc＋Δpr。
pk和pr不能过高，应该满足用户提供的使用条件。高速气体燃烧器在使用天然气作燃气时，燃烧产物速度为100 m／s，其天然气入口压力为2 500 Pa，空气入口压力为2 100 Pa。
高速气体燃烧器是利用液体火箭发动机的燃烧技术为工业加热炉开发的一种、节能、低污染燃烧器。经天然气燃烧试验，证明其工作可靠、操作简单、热负荷调节范围大、空气过剩系数及燃气温度调节范围大。该燃烧器目前已成功地应用在油田、陶瓷、钢铁等行业的加热炉上。
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