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蓄熱式燃燒

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我国蓄熱式燃燒技术目前存在的几点不足

我国蓄熱式燃燒技术目前存在的几点不足

發布日期:2019-08-17 作者: 點擊:

目前,我國的資源和環境問題日益突出,迫切要求高能耗久草在线播放全面推行高效、清潔的燃燒技術。蓄熱式燃燒技術,又稱高溫空氣燃燒技術,是20世紀90年代在發達國家開始推廣的一項新型的燃燒技術,它具有高效煙氣余熱回收、空氣和煤氣預熱溫度高以及低氮氧化物排放的優越性,主要用于鋼鐵、冶金、機械、建材等工業部門中,並已出現迅猛發展的勢頭。至今我們已有了自己的一些專利,並且在國內有了相對廣泛的應用,取得了相當的經濟效益。

關鍵部件

1、蓄熱體

蓄熱體是高温空气燃烧技术的關鍵部件,其主要技术指标如下:

    (1)蓄热能力:单位体积蓄熱體的蓄热量要大,这样可减小蓄热室的体积,需要通过材料的比热CP来衡量。(2)換熱速度:材料的導熱系數λ可以反映固體內部熱量傳遞的快慢,導熱系數大可以迅速地將熱量由表面傳至中心,充分發揮蓄熱室的能力;高溫時,材料輻射率可表征氣體介質與蜂窩體熱交換的強弱。(3)热震稳定性:蓄熱體需要在反复加热和冷却的工况下运行,在巨大温差和高频变换的作用下,很容易脆裂、破碎和变形等,导致气流通道堵塞,压力损失加大,甚至无法继续工作。(4)抗氧化和腐蝕性:有些材料在一定的溫度和氣氛下發生氧化和腐蝕,會堵塞氣體通道,增加流通阻力。(5)壓力損失:在氣體通過蜂窩體通道時,會産生摩擦阻力損失,在流經兩塊蜂窩體交界面時因流通面積突變和各個通道之間可能發生交錯而産生局部阻力損失;前者對傳熱有利,後者對傳熱是不利的,因此應盡力減少局部阻力損失來降低風機的動力消耗。(6)經濟性:它是一個重要的指標,一種蜂窩體如果各種性能都好,但成本很高,推廣和應用會受到限制。

    2 換向閥

由于必须在一定的时间间隔内实现空气、煤气与烟气的频繁切换,换向阀也成为与余热回收率密切相关的關鍵部件之一。尽管经换热后的烟气温度很低,对换向阀材料无特殊要求,但必须考虑换向阀的工作寿命和可靠性。因为烟气中含有较多的微小粉尘以及频繁动作,势必对部件造成磨损,这些因素应当在选用换向阀时加以考虑。如果出现阀门密封不严、压力损失过大、体积过大、密封材料不易更换、动作速度慢等问题,会影响系统的使用性能和节能效果。

    3 燒嘴燒嘴的設計原則是不能讓空氣和煤氣混合得太快,這樣容易形成局部高溫,但也不能混合得太慢,防止煤氣在蓄熱室出現“二次燃燒”甚至燃燒不充分。爲了保證燃料在低氧氣氛中燃燒,必須在設計其供給通道時,考慮燃料和空氣在空間的擴散、與爐內煙氣的混合和射流的角度及深度,而這些參數應根據加熱裝置尺寸、加熱工藝要求、燃料種類、燒嘴大小、預熱溫度和空煤氣壓力等因素來確定。6 m0 L$ b- m& ]: A7 s

蓄熱式燃燒技术又被称为“高溫稀薄燃燒”技術。實現這種低氧燃燒的有效途徑之一是:合理的布置燒嘴的位置和數量以及各個燃燒單元的相對位置關系和換向方式,有效地組織爐膛內氣流的流動,依靠預熱後空氣和煤氣射流的高速卷吸,使爐內産生大量煙氣回流。一般來說,射流的速度越大,爐內的卷吸和回流作用越強烈,就越有利于實現低氧的氣氛,而這種相對很低的煤氣和氧氣濃度降低了平均燃燒速度,拓展了燃燒邊界,形成了均勻的溫度場,並降低了NOx的排放。

對現存幾個問題的分析

蓄熱式燃燒技术在中国发展了近二十年了,通过科研工作者的努力,取得了相当的技术成果和经济效益。但也反映出了一些不足。客观地讲,我国对蓄熱式燃燒技术的认识还不如国外发达国家深刻,目前考虑的还仅仅是节能,并不是真正意义上的“第二代蓄熱式燃燒技术”。

    1 蜂窩體的使用壽命不高

目前國內蜂窩體的使用壽命均不是很高。加熱爐上的蜂窩體使用壽命一般爲36个月,甚至出现过使用一个星期就大量碎裂的情况。用于钢包烘烤器上的蓄熱體因烟气温度低使用寿命有所增加。蓄熱體在使用过程中经常出现的问题主要有熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等,其中蓄熱體材料的抗热震稳定性差是工程设计中最常出现的问题。造成以上问题的原因主要有以下三点:

    (1)材料问题蜂窝体长期工作在急冷急热、还可能带有腐蚀性气体的恶劣环境中,经常承受着高温作用和因内外温差变化而引起的应力作用。这种工作环境对蓄熱體的材料提出了苛刻的要求。

为了增加蓄热量,减小蓄热室的体积,需要增加蓄熱體的密度。但抗热震稳定性与密度在一定程度上是互相排斥的,即密度越高,抗热震稳定性一般都比较差。

在使用过程中,蓄熱體与气流进行热交换,一些带有腐蚀性的气体和颗粒会对蜂窝体产生不利影响。比如氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度,使蜂窝体熔化而堵死气孔;酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作用;微小颗粒会附着在蜂窝体表面而堵塞气体通道等。

    (2)偏流問題蓄熱室內熱交換過程大致如下:在排煙階段,煙氣流經蜂窩體時將顯熱儲存在蜂窩體中,加熱蜂窩體;在燃燒階段,空氣(或煤氣)流經蜂窩體時被加熱,余熱被重新帶回爐內。在以上的任何一個階段,如果氣體在蓄熱室內出現偏流,經過若幹次換向後容易導致蜂窩體局部高溫而産生熱應力。當産生的溫度應力超出其承受極限時,蜂窩體就會破裂。

    (3)“二次燃烧”问题蓄熱式燃燒系统的空气喷口和煤气喷口一般都是相互独立的,这样有利于形成炉内低氧气氛,拓展火焰边界,形成均匀的温度场,提高加热质量和减少氮氧化物的排放。但是对空气和煤气两股射流的速度、交角和距离的最佳值很难把握,一旦处理不当则容易造成炉内局部煤气燃烧不充分而其它地方氧气还有剩余。这些烟气在被吸入蓄热室时,空气和煤气会重新接触产生“二次燃烧”,放出的热量可以完全被蜂窝体吸收,尽管没有造成能量损失,但局部高温很容易使蜂窝体熔化而失效。

研制出一种高品质的蓄热材料来适应蓄熱體恶劣的工作环境是提高其使用寿命最有效的办法。

2 關于副煙道的討論

3 國內對此問題存在著兩種觀點,一種認爲沒有必要加副煙道;另一種認爲必須加副煙道。投入使用的蓄熱式加熱爐有的使用了副煙道,有的沒有使用。

    (1)從能量的角度來看,只有高爐煤氣雙預熱時水當量比略大于1 0,而其它如焦爐煤氣、天然氣單預熱時水當量比均大于1 0。這就意味著通過預熱煤氣和空氣的辦法仍然無法將煙氣中的顯熱全部吸收,一定要有少部分的煙氣直接排出爐外。在不能提高蓄熱室排煙溫度的情況下換向閥和引風機只能夠承受有限的溫度),只能通過副煙道來實現這一目的。

    (2)從工程實踐的角度看,沒有加副煙道的加熱爐幾乎無一例外的存在爐壓大、冒火嚴重等缺點。這樣很容易燒壞現場的工作設備,惡化車間的操作環境;如果使用高爐煤氣等CO含量高的煤氣,還容易因燃燒不完全而對現場操作人員的身體健康造成危害。

    (3)從風機工作能力的角度看,通常使用的引風機似乎也沒有這個能力將爐內的煙氣全部引出。預熱後的空氣和煤氣至少以4050/s的速度噴入爐內,經燃燒反應後體積膨脹,引風機是否能夠以4050/s甚至更高的速度將煙氣從爐內引出值得懷疑。況且一味加大強制排煙,是否會因引風速度過快而影響爐內的燃燒效果,還有待進一步證實。

最好的辦法就是在蓄熱式加熱裝置上安裝可調煙道閘板和金屬換熱器(加熱爐可以適當增設預熱段)。當然采取這種措施的利弊還要視具體情形來定。


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關鍵詞:蓄熱式燃燒

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