金屬纖維燃燒技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

石運(yùn)鑫，謝 敏，劉 宏，孫正路，王鳳君，王 輝

(1.哈電發(fā)電設(shè)備國(guó)家工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150028；2.哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 能源與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

燃?xì)馊紵魇菍⒖扇細(xì)怏w轉(zhuǎn)化成熱能的工業(yè)設(shè)備，被廣泛用于工業(yè)加熱和用戶(hù)供暖等方面。根據(jù)空氣燃?xì)忸A(yù)混方式可將燃燒器分為非預(yù)混燃燒器、部分預(yù)混燃燒器和全預(yù)混燃燒器。非預(yù)混燃燒也稱(chēng)為擴(kuò)散燃燒，燃燒強(qiáng)度由氧分子的擴(kuò)散效率決定，雖然有點(diǎn)火效果好、無(wú)回火現(xiàn)象和火焰穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，但也存在燃燒效率低和CO生成率高等缺點(diǎn)；部分預(yù)混燃燒是把部分空氣與燃?xì)饣旌?，燃燒過(guò)程中繼續(xù)補(bǔ)給氧化劑促進(jìn)燃燒，一定程度上加強(qiáng)了燃燒強(qiáng)度并降低污染物排放，提高燃燒效率；全預(yù)混燃燒時(shí)，燃?xì)饪諝庠谌紵俺浞只旌?，火焰更短、效率更高[1-3]，但存在易回火、火焰不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

基于全預(yù)混燃燒器燃燒特性和缺陷，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究，由此多孔介質(zhì)全預(yù)混燃燒器應(yīng)運(yùn)而生。Takeno和Sato等[4]通過(guò)理論分析得出結(jié)論：使火焰燃燒區(qū)集中于高導(dǎo)熱系數(shù)多孔介質(zhì)材料內(nèi)時(shí)，可得到超絕熱火焰，在提高燃燒溫度、穩(wěn)定燃燒火焰的同時(shí)，由于高溫區(qū)氣體停留時(shí)間很短，還可限制NOx生成，為多孔介質(zhì)燃燒器的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。

金屬纖維燃燒器屬于多孔介質(zhì)燃燒器，相比于傳統(tǒng)多孔陶瓷燃燒器，具備高延展性、耐熱振、高反應(yīng)區(qū)溫度、低NOx排量等優(yōu)點(diǎn)，成為如今研究的熱點(diǎn)。

國(guó)外在金屬纖維材料性質(zhì)、燃燒特性、污染物控制和燃燒器結(jié)構(gòu)方面取得了相當(dāng)?shù)某晒?，?guó)內(nèi)對(duì)金屬纖維燃燒器的研究開(kāi)展起步較晚，目前尚處于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段。

1 燃燒及換熱機(jī)理

金屬纖維燃燒器雖是多孔介質(zhì)燃燒器的一種，但兩者的工作原理不盡相同。相比于其它多孔介質(zhì)，金屬合金纖維網(wǎng)更薄、相對(duì)孔隙率更大。根據(jù)混氣氣流速度是否大于脫火極限速度可將燃燒方式分為浸沒(méi)燃燒(輻射狀態(tài))和表面燃燒(藍(lán)焰狀態(tài))[5]。其工作原理圖如圖1。金屬纖維燃燒器可以用在不同的領(lǐng)域。如輻射狀態(tài)，可以應(yīng)用于干燥、烘烤等領(lǐng)域。在藍(lán)焰狀態(tài)可以用于工業(yè)加熱和民用灶具、熱水器、兩用機(jī)、鍋爐等方面。

當(dāng)V

當(dāng)V>VES時(shí)，火焰附著在金屬纖維結(jié)構(gòu)表面形成一層藍(lán)色火焰薄膜，以熱對(duì)流和輻射的方式同時(shí)換熱，該燃燒方式叫做表面燃燒。由于燃燒發(fā)生在纖維結(jié)構(gòu)外部，因此燃燒溫度稍高于浸沒(méi)燃燒，會(huì)產(chǎn)生稍多的NOx但有利于完全燃燒。

與傳統(tǒng)擴(kuò)散式燃?xì)馊紵飨啾?，預(yù)混燃燒器在熱效率、環(huán)境適應(yīng)性和靈活性方面具備更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[6]。隨著公眾節(jié)能意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，纖維輻射燃燒器的應(yīng)用逐漸廣泛，作為研究基礎(chǔ)的詳細(xì)換熱模型和相應(yīng)測(cè)試方法被重點(diǎn)關(guān)注。

在20世紀(jì)50年代早期，Verschoor[7]和Rowley等[8]通過(guò)在真空下進(jìn)行防護(hù)熱板實(shí)驗(yàn)，證明了熱輻射在纖維絕緣中的重要性。此后，人們對(duì)纖維材料的熱輻射進(jìn)行了多次分析[9-14]。在總結(jié)基于簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)和更精細(xì)的輻射方法預(yù)測(cè)纖維介質(zhì)中輻射熱傳遞的分析模型后[15]，當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為存在建立傳遞模型和根據(jù)傳遞模型確定材料的輻射特性是兩大難題，因此有必要發(fā)展雙通量模型和開(kāi)發(fā)新型輻射特性測(cè)定方法。

纖維燃燒內(nèi)部傳熱模型必須考慮輻射和對(duì)流兩方面過(guò)程。Golombok[16]建立了基于熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的輻射燃燒模型，闡述了熱輸入與穩(wěn)定燃燒的關(guān)系。Flemming[17]等提出了一種在金屬及陶瓷纖維燃燒器中傳熱的模型。該模型包含纖維導(dǎo)熱及氣體傳熱。用一個(gè)放熱函數(shù)表征纖維內(nèi)的燃燒，將輻射分量、氣體和固體溫度、多孔層表觀黑度表征為功率、過(guò)量空氣和位置的函數(shù)。另有學(xué)者[18]通過(guò)一維瞬態(tài)方程建立了非催化金屬纖維燃燒器內(nèi)甲烷的燃燒模型，詳細(xì)描述了反應(yīng)機(jī)理、多孔介質(zhì)中的輻射、縱向傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。

對(duì)于輻射模型測(cè)試方法，各學(xué)者專(zhuān)家采用的方式各異。Golombok[19]成功用激光閃光法測(cè)定了金屬纖維材料的各向異性導(dǎo)熱率；有學(xué)者分別以輻射熱電偶、快速紅外陣列光譜儀、150°視角輻射計(jì)對(duì)纖維表面溫度、排氣溫度和輻射通量進(jìn)行測(cè)量，用量熱法測(cè)定總通量，進(jìn)而計(jì)算輻射、對(duì)流和總效率[20]。還有人利用水冷輻射熱流計(jì)、非接觸式溫度計(jì)和氣體分析儀分別測(cè)量金屬纖維墊式燃燒器的輻射熱通量、表面溫度和燃燒氣體成分[21]；光譜儀和多測(cè)點(diǎn)熱電偶也曾被用作主要測(cè)量?jī)x器[22]?？偠灾?，對(duì)于輻射參數(shù)的測(cè)量必須考慮到兩溫度(排氣溫度及纖維表面溫度)及輻射熱通量，而量熱法是對(duì)測(cè)量結(jié)果的有效驗(yàn)證。

輻射效率是輻射燃燒器最重要的熱性能參數(shù)之一，計(jì)算輻射效率的方法是取燃燒器總輻射功率(Qe)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想燃燒的能量釋放功率(Qchem)的比值[20]。盡管存在一些相關(guān)研究，但不同測(cè)試方法會(huì)獲得不一致的結(jié)果。Mital等[23]開(kāi)發(fā)了一種測(cè)試多孔介質(zhì)輻射燃燒器輻射效率的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量程序，經(jīng)量熱法對(duì)比驗(yàn)證，可獲得較好結(jié)果。對(duì)于甲烷-空氣混合物，金屬纖維燃燒器的輻射效率為20%～25%。若使用浸沒(méi)燃燒，則會(huì)強(qiáng)化燃燒產(chǎn)物與纖維材料之間的熱交換，從而提高輻射效率甚至達(dá)到40%[24]。若假定產(chǎn)物溫度和多孔介質(zhì)表面溫度相等[25]，則輻射效率和燃燒功率負(fù)相關(guān)，與混氣初始溫度、當(dāng)量比、氧濃度和黑度正相關(guān)，另與燃?xì)夥N類(lèi)和燃料火焰速度相關(guān)[5,26]

Osamu等[22]測(cè)量了反應(yīng)區(qū)和內(nèi)部的輻射特性和各種性能，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬纖維墊的輻射效率在化學(xué)計(jì)量條件下達(dá)到極值，與氣流流速負(fù)相關(guān)。纖維墊法相區(qū)域內(nèi)的溫度場(chǎng)是流速和當(dāng)量比的函數(shù)，如圖2、圖3，且熱損失使得墊下游區(qū)域的反應(yīng)被極大限制。

圖2 不同流速下溫度場(chǎng)分布

圖3 不同當(dāng)量比下溫度分布

相比于單層金屬纖維結(jié)構(gòu)，雙層金屬纖維結(jié)構(gòu)的輻射效率和總效率高5%，且火焰溫度更高[20]。若使上游層孔隙率較小，則可提高輻射強(qiáng)度，并強(qiáng)化燃燒、提高防回火性能。但雙層結(jié)構(gòu)必需的高燃?xì)獗硥嚎赡苁姑裼脜^(qū)域天然氣配網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題[27]。

關(guān)于回火問(wèn)題，現(xiàn)階段認(rèn)為是預(yù)熱原料的反向輻射能通量導(dǎo)致的[27]。金屬纖維燃燒器穩(wěn)定燃燒時(shí)，在火焰面上，火焰?zhèn)鞑ニ俣群突鞖鈦?lái)流速度相等。當(dāng)因某些因素(如纖維網(wǎng)變形等)導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣却笥趤?lái)流速度時(shí)，火焰面將回移縮向內(nèi)網(wǎng)，發(fā)生回火。另外，燃燒產(chǎn)生的大量熱量會(huì)通過(guò)輻射、對(duì)流和纖維導(dǎo)熱等方式預(yù)熱混氣，如果燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則可能使纖維網(wǎng)熱量持續(xù)聚集，混氣燃燒初始位置會(huì)連續(xù)前移產(chǎn)生回火。

2 金屬纖維材料

燃燒器用金屬纖維大多為鐵鉻鋁(FeCrAl)合金，常規(guī)情況下均添加少量稀土元素以將常規(guī)使用溫度從1 123 K提高到1 173 K。另外，NiAl、NiCrAl和Inconel-601等合金也被用于制造金屬纖維[28]。用于金屬纖維燃燒器的纖維制品種類(lèi)不一，大致可分為針織物、機(jī)織物和燒結(jié)板三大類(lèi)，根據(jù)纖維的加工工藝又可進(jìn)行詳細(xì)劃分。

合金加工成纖維的方式對(duì)纖維表面形貌、尺寸和理化特性有很大影響。現(xiàn)有主流加工工藝包括[28-29]：?jiǎn)谓z拉拔法、集束拉拔法、卷材刮削法、振動(dòng)切削法和熔抽法。其中拉拔法可獲得絲徑微米級(jí)別的纖維絲，且表面形貌最為光滑，基本可用于制備各種金屬纖維制品；卷材刮削法無(wú)法得到常規(guī)截面為圓形的金屬纖維(截面呈長(zhǎng)方形)，可用于機(jī)織物和短纖維針織物；而振動(dòng)切削法和熔抽法僅能得到長(zhǎng)度較短的短纖維，常用于制備短纖維織物或燒結(jié)纖維板。

圖4給出了常用金屬纖維制品形貌[30]。目前認(rèn)為，集束拉拔長(zhǎng)纖維織物比較適合制造燃燒器金屬纖維燃燒頭[31-32]。針織物孔隙分布更加規(guī)則，可使燃?xì)饪諝饩鶆蚧旌弦蕴岣呷紵€(wěn)定性；但短纖維織物在長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)因抱合力不足出現(xiàn)纖維脫落的情況，因此發(fā)展長(zhǎng)金屬纖維織物燃燒頭更具優(yōu)勢(shì)。

圖4 常用金屬纖維制品形貌

Schiro等[33]對(duì)比了鋼制無(wú)纖維、針織纖維和機(jī)織纖維燃燒器的燃燒性能，如圖5。結(jié)果表明金屬纖維的存在可有效提高低氮排放性能、空燃比例靈活性和火焰穩(wěn)定性，但編織方式的不同在各方面表現(xiàn)并不突出。

圖5 燃燒器爆炸視圖

通過(guò)催化劑的催化作用，可降低燃?xì)馊紵幕罨?，即在相?duì)較低的溫度下即可完成燃燒反應(yīng)。將催化技術(shù)與金屬纖維燃燒技術(shù)結(jié)合，可使得燃燒輻射率有效增加，獲得更低的CO、HC、NOx排放量，實(shí)現(xiàn)大幅降低過(guò)量空氣系數(shù)，提高金屬纖維因硫化物導(dǎo)致的鈍化作用，對(duì)于提高理化穩(wěn)定性作用明顯。

Bizzi等[27]分析了催化型和非催化型預(yù)混金屬纖維燃燒器的穩(wěn)定性和回火性能。假設(shè)存在一個(gè)由催化劑活性維持的非均相燃燒體系模擬催化反應(yīng)性。認(rèn)為催化劑的存在，以降低穩(wěn)定性為代價(jià)提高了系統(tǒng)性能，但可通過(guò)完善孔隙率，發(fā)射率，導(dǎo)熱率，纖維直徑等參數(shù)設(shè)計(jì)補(bǔ)償穩(wěn)定性。

合適的催化劑應(yīng)在873～1 473 K溫度范圍內(nèi)具有良好的燃料燃燒活性和高熱穩(wěn)定性。催化劑越活躍，穩(wěn)定燃燒的比例就越高。此外，如果催化劑的熱發(fā)射率高于載體基體，則可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的熱擴(kuò)散，從而降低燃燒器內(nèi)的火焰溫度和NOx排放。不同種類(lèi)催化劑對(duì)性能的影響各異，有些甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，因此合理選擇催化劑的種類(lèi)十分重要。目前金屬纖維用催化劑主要包括鈣鈦型結(jié)構(gòu)、貴金屬Pt和Pd、過(guò)渡族金屬氧化物及活性水滑石Ni(Mn)/Mg/Al等[34-35]。

利用H2PtCl6·6H2O溶液將貴金屬催化劑負(fù)載到saffil CG纖維墊上，可使得燃燒器纖維溫度有效升高，燃燒熱中的輻射能占比達(dá)70%以上[45]，有效提高了燃燒效率和輻射轉(zhuǎn)化率。

近十幾年來(lái)，有專(zhuān)家探究了共用多類(lèi)型催化劑的復(fù)合效果。意大利學(xué)者Specchia[46]測(cè)試了應(yīng)用于FeCrAl纖維燃燒器中，貴金屬Pd和LaMnO3-2ZrO2催化劑的復(fù)合作用。發(fā)現(xiàn)氧化鋯可充當(dāng)結(jié)構(gòu)促進(jìn)劑，能夠有效促進(jìn)貴金屬/鈣鈦型礦物的協(xié)同作用，提高燃燒器的性能，降低燃料起燃溫度，減少煙氣CO排放量，但會(huì)導(dǎo)致NO排放量增加[47]。

為了防止煤氣、天然氣等無(wú)臭燃?xì)庑孤懂a(chǎn)生爆炸，須向其注入加臭劑。加臭劑往往含硫，目前國(guó)際上廣泛使用的加臭劑為四氫噻吩THT(C4H8S)，燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫很容易使金屬纖維產(chǎn)生老化、中毒現(xiàn)象。有學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題，在纖維表面搭載貴金屬/鈣鈦型礦物催化劑后，有效緩解了纖維硫化現(xiàn)象[48]。在25倍意大利燃?xì)夤芫W(wǎng)硫濃度天然氣燃燒實(shí)驗(yàn)中，搭載催化劑的燃燒器可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照燃空摻混器(燃?xì)饪諝鈸交炱?在全預(yù)混表面燃燒器系統(tǒng)內(nèi)的安裝位置，可將燃燒器分為前混式和后混式，如圖6。前混式燃?xì)夂涂諝獾膿交煸陲L(fēng)機(jī)之前的摻混器中進(jìn)行，利用風(fēng)機(jī)內(nèi)強(qiáng)烈的擾流運(yùn)動(dòng)促使摻混均勻；后混式則把摻混器布置在風(fēng)機(jī)以后，在摻混器內(nèi)設(shè)置相應(yīng)結(jié)構(gòu)增加擾流促使摻混均勻。摻混器前置布置的優(yōu)點(diǎn)在于，免去了復(fù)雜的摻混結(jié)構(gòu)，緊湊化燃燒器系統(tǒng)和較高的燃?xì)鈮毫m應(yīng)力。但要求風(fēng)機(jī)絕對(duì)密封，燃?xì)饪諝鈸交燧^早對(duì)系統(tǒng)安全性要求較高。后混式全預(yù)混燃燒器則不夠緊湊，需要提供較高的燃?xì)鈮毫Γ踩愿摺?/p>

圖6 燃燒器1-風(fēng)機(jī);2-摻混器;3-金屬纖維網(wǎng);4-多孔固定板

摻混器和分配器是全預(yù)混金屬纖維燃燒器不可缺少的部分，作用為促進(jìn)預(yù)混燃?xì)饩鶆蛐浴ｊP(guān)于摻混器和分配器設(shè)計(jì)，現(xiàn)在摻混器主流方案是文丘里結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、多孔分流板和復(fù)合式混風(fēng)結(jié)構(gòu)。

文丘里主要結(jié)構(gòu)如圖7、圖8。燃?xì)馔ㄟ^(guò)漸縮噴嘴增速，在噴嘴出口處形成低壓區(qū)域，并產(chǎn)生夾帶作用，吸入助燃空氣。優(yōu)點(diǎn)在于過(guò)量空氣系數(shù)低，燃?xì)庖淇諝?，?duì)風(fēng)壓的要求較低，因此可采用普通風(fēng)機(jī)。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和性能已被廣泛研究[49-53]，取得了很大進(jìn)展。文丘里摻混器已逐步產(chǎn)業(yè)化，被應(yīng)用于商業(yè)燃燒器當(dāng)中。

圖7 低污染家用燃燒器[54]

圖8 完全預(yù)混燃?xì)馊紵鱗55]

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，單純?cè)谌伎栈旌蠀^(qū)域布置一定厚度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(泡沫陶瓷、金屬纖維等)?？梢苑侄鄬硬贾?，也可在其上負(fù)載催化活性劑。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆裝修理維護(hù)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)布置在混合部分內(nèi)使得預(yù)混燃?xì)庠谡麄€(gè)流動(dòng)橫截面上得以延伸，促進(jìn)邊緣部分流動(dòng)的混合[56]。但由于單層結(jié)構(gòu)較差的摻混性和多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的較大阻力，因此現(xiàn)有研究較少。另外多孔分流板與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為相似，但很少單獨(dú)使用，往往與其它摻混技術(shù)聯(lián)用以保證預(yù)混燃?xì)飧泳鶆蚬┙o到燃燒頭表面，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試有一定穩(wěn)然效果[57-58]。

混風(fēng)結(jié)構(gòu)是目前商業(yè)化最成功的摻混結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有全預(yù)混燃燒的摻混技術(shù)聯(lián)用的有機(jī)組合。實(shí)驗(yàn)與流場(chǎng)仿真充分表明，單一摻混結(jié)構(gòu)與混風(fēng)結(jié)構(gòu)的摻混性能差距明顯[58]，多摻混結(jié)構(gòu)的組合利用(旋流葉片[59-60]、文丘里[55]、紡錘體[52]、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[56]、多孔板[58]、分散管?chē)婎^[61]等)才是今后發(fā)展的主流。盡管混風(fēng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)歷了長(zhǎng)期發(fā)展與測(cè)試，但截至今日，摻混效果與系統(tǒng)阻力之間的矛盾尚未解決，仍有研發(fā)的必要。相比之下，分散管?chē)婎^式摻混器似乎更受青睞，包括IC、北京節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)中心、上海華之邦、安陽(yáng)方快鍋爐等均采用了相似技術(shù)。另外，以鈍體結(jié)構(gòu)為核心的混風(fēng)結(jié)構(gòu)也得到了一定的應(yīng)用[62]，是未來(lái)發(fā)展的前沿結(jié)構(gòu)之一。

圖9 分散管?chē)婎^式混風(fēng)結(jié)構(gòu)[59]

圖10 鈍體混風(fēng)結(jié)構(gòu)[62]

對(duì)于分配結(jié)構(gòu)，現(xiàn)如今最成功的技術(shù)就是多孔支撐板(筒)。為提高多孔支撐板分流均勻效果，支撐板可布置多層；從形狀來(lái)說(shuō)，多孔板可制作成板式[66]、圓柱筒式[63-64]和圓錐式[65]，具體如圖11。板式支撐板主要應(yīng)用于平面式換熱器，圓柱式和圓錐式則沒(méi)有這種限制。對(duì)比來(lái)看，圓錐式支撐筒服務(wù)于非傳統(tǒng)圓錐式金屬纖維燃燒頭，該結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)在于，能有效避免燃燒器在使用期間內(nèi)部壓力分布不均造成的混氣分配不均，從而保證燃燒頭表面的火焰均勻穩(wěn)定[65]。分配結(jié)構(gòu)的存在十分必要，能大幅提高燃燒的穩(wěn)定性和火焰均勻度。

圖11 多孔板

4 優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新性研究

現(xiàn)有研究結(jié)果充分表明：全預(yù)混燃燒是提高燃燒器燃燒效率、降低CO和NOx排放的最有效方案之一。以金屬纖維網(wǎng)為多孔介質(zhì)材料的燃燒器同樣能有效改善燃燒狀態(tài)，故全預(yù)混金屬纖維燃燒器具備更好的燃燒特性。具體優(yōu)勢(shì)如下：

(1)表面熱強(qiáng)度范圍廣，處于0.1～10 W/mm2之間。既可適應(yīng)小功率燃燒設(shè)備，也可以為大型燃燒機(jī)器節(jié)省空間，相比于同為多孔介質(zhì)的多孔陶瓷，具備更高的熱強(qiáng)度。

(2)熱適應(yīng)能力強(qiáng)。金屬纖維具有極高的抗熱沖擊性和抗氧化性，即使在未添加催化劑的情況下，也能夠適應(yīng)較為頻繁的啟爐停爐帶來(lái)的急速升溫降溫。

(3)污染物產(chǎn)量低。金屬纖維結(jié)構(gòu)的均流作用促進(jìn)爐膛火焰均勻分布，燃燒產(chǎn)生的熱量可被金屬纖維迅速傳遞出去，抑制了高溫區(qū)的生成，使得含量最多的熱力型NOx被抑制。另外，良好的摻混分配性能使得燃燒更加完全，不完全燃燒產(chǎn)物CO排放量極低。

(4)安全性高。研究發(fā)現(xiàn)，金屬纖維網(wǎng)的空隙直徑遠(yuǎn)低于混合燃?xì)獾呐R界熄火孔徑，pecklet準(zhǔn)數(shù)Pe大于臨界值65，使得該結(jié)構(gòu)具備阻火性能，可有效抑制回火現(xiàn)象的發(fā)生。

(5)外形適應(yīng)性強(qiáng)。金屬纖維網(wǎng)由于良好的結(jié)構(gòu)特性，能夠被加工成各種形狀。有利于燃燒器開(kāi)發(fā)，且能適用于各類(lèi)場(chǎng)合。

(6)噪聲低。金屬纖維網(wǎng)制造工藝可分為燒結(jié)式、編織式和編織燒結(jié)式三種，無(wú)論何種制造工藝，其均具備均勻分流的特點(diǎn)，流量均勻使得燃燒噪聲極低。

目前國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)金屬纖維燃燒器進(jìn)行了大量傳新性研究，獲得了一系列高價(jià)值研究結(jié)論，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念，燃料適應(yīng)性和系統(tǒng)仿真等方面將表面燃燒技術(shù)應(yīng)用于家用炊具，可有效優(yōu)化燃燒器的調(diào)節(jié)比、污染物排放和溫度分布，避免溫度受冷邊界影響從而適應(yīng)不同尺寸炊具的使用[69]。馮良等[70]描述了引射式表面紅外燃燒器關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算公式，包括輻射面面積、燃?xì)鈬娮斐叽纾^部容積和引射管尺寸，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)燃燒器，具備較高性能，為后續(xù)此類(lèi)燃燒器的開(kāi)發(fā)提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。煙氣循環(huán)和金屬纖維燃燒技術(shù)聯(lián)用有助于降低過(guò)量空氣系數(shù)并輕微提高熱負(fù)荷，但可能導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象[71]。

目前發(fā)現(xiàn)，華白數(shù)(Wobbe index)可用于反映金屬纖維燃燒器的燃?xì)膺m應(yīng)性，計(jì)算公式為：W=H/s0.5，與燃?xì)鉄嶝?fù)荷大致符合正相關(guān)規(guī)律[72]。雖然燃?xì)饣Q可能帶來(lái)不完全燃燒、局部超溫、污染物超標(biāo)、效率降低、縮短壽命等一系列問(wèn)題[73]，但如果控制互換燃?xì)馊A白數(shù)變化率10%以?xún)?nèi)，則可基本保證穩(wěn)定運(yùn)行[74]。

關(guān)于數(shù)值計(jì)算方面，由于金屬纖維的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，直接求解燃燒工況并不現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行大量簡(jiǎn)化，因此往往將金屬纖維結(jié)構(gòu)看作具備各向同性的多孔介質(zhì)。對(duì)于纖維內(nèi)部的流動(dòng)，目前存在兩種觀點(diǎn)，及層流及湍流兩種流動(dòng)方式[52,75-79]。對(duì)比仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，層流方式似乎更加合理，這也印證了Rees對(duì)多孔層流動(dòng)的分析[80]。

5 結(jié)論

金屬纖維燃燒具備極高的燃燒效率和輻射效率，可滿(mǎn)足于需要供熱、產(chǎn)汽、烘干等需求的眾多行業(yè)，同時(shí)由于超低的污染物排放量，所受重視日益加深?？v觀金屬纖維燃燒技術(shù)的應(yīng)用不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)催化劑應(yīng)用和金屬纖維制造等尖端技術(shù)開(kāi)發(fā)研究相對(duì)較少，多集中于結(jié)構(gòu)改良和技術(shù)應(yīng)用。由于基礎(chǔ)性研究成果尚不成體系，因而制約了行業(yè)的發(fā)展。此現(xiàn)狀在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)引起重視，對(duì)多孔金屬纖維材料的開(kāi)發(fā)正在穩(wěn)步進(jìn)行，通過(guò)基礎(chǔ)學(xué)科探究燃燒特性的相關(guān)研究也已見(jiàn)成果。相信核心技術(shù)的掌控是推動(dòng)金屬纖維燃燒行業(yè)發(fā)展的最大助力。