蓄热燃烧技术

热能工程系Dept.ofThermalEngineeringHTAC----HighTemperatureAirCombustion2004.08于济钢高温空气燃烧-----蓄热燃烧热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/202报告内容1蓄热燃烧技术2技术的先进性3历史发展概况4技术应用5蓄热燃烧技术的几点思考热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2031蓄热燃烧技术它是将高温空气喷射入炉膛，维持低氧状态，同时将燃料输送到气流中，产生燃烧。空气（气体燃料）温度预热到8000C～10000C以上，燃烧区空气含氧量在21%～2%，与传统燃烧过程相比，高空气燃烧的最大特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放及降低燃烧噪音，被誉为二十一世纪关键技术之一（1）技术原理（2）系统构成（3）技术关键热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/204蓄热燃烧技术的基本原理热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/205工作过程烧嘴和蓄热体成对出现。助燃空气通过其中一个烧嘴，被加热后供燃烧用，另一个烧嘴充当排烟的角色，同时蓄热体被加热。当到达换向时刻时，换向阀动作使系统反向运行，烟气加热好的蓄热体被用来加热空气，助燃空气冷却的蓄热体又被离开炉子的高温烟气加热，最后排出的烟气只有150～200℃，空气预热温度1000℃左右，切换阀在低温下工作，同时排出燃烧废气的风机也在低温下工作，标准风机就可以满足要求。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/206蓄热式燃烧系统的构成燃烧器形状蓄热体材质尺寸换向阀控制系统热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/207蓄热燃烧关键部件--蓄热体形状选择条件：堆体积稳定性、清灰难易程度、加工难易程度、蓄热体来源以及成本高低；陶瓷蓄热体的形状有：球状、蜂窝状和八字形；陶瓷蜂窝蓄热体的结构特性,适用于切换时间短的小型化和轻型化的燃烧系统,因而应用广泛。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/208蓄热体材质和尺寸蓄热体材质要求：耐高温、良好传热性能、抗热震性好、强度高；材质的透热深度、单位体积的表面积和结构强度要好；蓄热体尺寸要求：尺寸过大，会使蓄热室体积庞大，换向时间长；尺寸过小，会使换向时间缩短得很短，电气和机械设备都不能适应，换向的损失也随之增大，还会使蓄热体在气流的作用下漂浮起来，破坏稳定状态。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/209蓄热燃烧关键部件--蓄热烧嘴热气出口热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2010蓄热燃烧关键部件--换向阀五通换向阀旋转换向阀直通四通阀接烧嘴B空气入口接烧嘴A烟气出口两位三通阀如切换时间为30S，每年的动作次数约为100万次，因而机械方面的可靠性和耐久性就相当重要热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2011（1）要求：（2）结构形式：a.密闭，对煤气尤重要；b.灵活；c.长寿，100万次以上。a.管道切换阀，用量多，成本高，维修点多。b.升降开闭式四通阀，一个四通阀代替四个切换阀，用气缸或液压缸带动两根阀杆升降。c.二位五通阀，靠气缸或电力驱动。d.旋转四通阀，靠气压推动阀杆旋转90°。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2012高温空气燃烧技术关键—稳定燃烧区域非稳定燃烧区域稳定燃烧区域ⅢⅢ、高温空气燃烧区域ⅡⅡ、高温火焰区域ⅠⅠ、普通燃烧区域稀释空气中氧气浓度(%)空气温度(℃)热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/20132技术的先进性氮氧化物排放指数低可使用低热值燃料高效节能----接近极限节能燃烧空间温度均匀贫氧燃烧燃烧噪声低产量提高热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2014新型火焰的特征火焰体积明显增大体积燃烧火焰亮度减弱火焰色差减小火焰为动态火焰燃烧噪音减小无高速气流噪声热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2015低氮燃烧燃料燃烧生成NOX的机理有三种：温度型NOX（也称热力型T-NOX）快速型NOX（也称瞬时型P-NOX）燃料型NOX（F-NOX）RTeONdtNOd54200021224]][[103][NO的生成速度：→采用蓄热式高温空气燃烧技术，在煤气和助燃空气预热温度非常高的情况下，NOx含量却大大减少了。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2016低NOX燃烧的原理热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2017低热值燃料得到有效利用低热值燃料可用于钢坯加热等），废金理炉tttft,(1理炉tt75.0~7.07.0~65.0连续炉室状炉→热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2018极限余热回收传统的预热技术：预热温度600℃燃料节约25-30%蓄热式预热技术：预热温度800℃-1200℃燃料节约50-60%排烟温度降低到200℃，甚至更低，接近极限余热回收。因而可以向大气环境少排放CO2，大大缓解了大气的温室效应。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2019燃烧炉膛温度均匀扩展了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，使得炉膛温度均匀。（1）一方面提高了产品质量；（2）另一方面延长了炉膛寿命。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2020贫氧燃烧炉膛内为贫氧燃烧，使得钢坯以及其它材料氧化减少，也有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶瓷烧成等工艺要求，可以满足某些特殊工业炉的需要。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2021燃烧噪声低由于火焰不是在燃烧器中产生的，而在炉膛空间内才开始逐渐燃烧的，因而燃烧噪声低。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2022炉子产量提高炉膛温度的均匀性加强了炉内传热，导致同样产量的工业炉和锅炉其炉膛尺寸可以缩小20%以上，换句话说，同样长度的炉子产量可以提高20%以上，大大降低了设备的造价。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/20233历史发展概况在二十世纪七十年代以前，余热都没有得到充分的利用，炉子系统的排烟损失。七十年代起，采用回收烟气显热的技术（换热器），排烟温度降低，入炉气体温度提高。缺点是NOX排放增加，保温材料和控制技术没有发展的余地。八十年代，出现蓄热燃烧器，节能显著，NOX排放大。九十年代，HTAC技术出现，即节能有环保。蓄热式换热器蓄热式燃烧器高温空气燃烧热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2024蓄热式换热器1858年，回收烟气余热的蓄热式换热器体积庞大，蓄热体厚，换向时间长，预热空气温度波动大，热回收率低。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/20251982年英国HotWork公司和英国BritishGas公司合作首次研制出紧凑的陶瓷球蓄热系统RCB(RegenerativeCeramicBurner)。系统采用再生燃烧器(高速切换燃烧器),以陶瓷球作为蓄热体，比表面积可达240m²/m³。因此蓄热能力大大增强，蓄热体体积显著减小，空气预热温度提高，排烟温度大大降低，热回收率明显提高，节能效果十分显著。这是当时工业炉窑余热回收领域的一项重大技术进步，其它国家也相继开发和采用这项技术。这种早期开发的高温空气条件下的燃烧技术被称为“第一代再生燃烧技术”。蓄热式燃烧器热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2026第一代再生燃烧技术80年代，蓄热式燃烧器节能效果显著，被称为第一代再生燃烧技术，但存在环境和可靠性问题。接四通换向阀主煤气进口冷却风进口点火空气进口点火煤气进口电子点火杆热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2027九十年代以来，国内外学者将蓄热式燃烧技术和环境保护相抵触的问题进行科技攻关，开发出了蓄热室杓最使空气预热温度超过了1000℃，同时实现了极限余热回收和降低NOx排放的目的,并因此提出了与传统燃烧方式机理完全不同的高温低氧燃烧技术，从而开创了针对燃用清洁或较清洁气体和液体燃料的工业炉和工业锅炉开发应用高温空气燃烧技术的新时代，使用这种蓄热式烧嘴的燃烧技术被称为“第二代再生燃烧技术”。高温空气燃烧热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2028第二代再生燃烧技术热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/20294技术应用加热炉，钢包烘烤器，锅炉，辐射管，其它应用领域由于蓄热式燃烧技术拥有以上的一些技术优势，因此可以广泛地应用于冶金、机械、建材等工业部门中的均热炉、连续加热炉、锻造炉、退火炉、玻璃窑以及各种陶瓷烧成窑等工业炉窑。现在采用陶瓷球和蜂窝体等高比表面积的蓄热体主要用于轧钢加热炉、钢包烘烤装置、熔铝炉等热工设备上。热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2030HTAC在加热炉上的应用热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2031通道式——管道布置在墙内（墙加厚）热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2032外挂蓄热体式热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2033烧嘴式（烧嘴与蓄热体一体化）热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2034HTAC在加热炉上的应用热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2035蓄热烧嘴式加热炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2036HTAC两段蓄热式推钢加热炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2037HTAC蓄热式步进加热炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2038HTAC蓄热式锻造加热炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2039环形加热炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2040HTAC在烤包器上的应用热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2041HTAC在烤包器上的应用升降式包盖支架钢包煤气换向阀空气钢包支架换向阀烟气煤气升降式包盖空气烟气升降式包盖支架钢包煤气换向阀空气钢包支架换向阀烟气煤气升降式包盖空气烟气热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2042蓄热式辐射管热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2043蓄热燃烧式锅炉热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2044国外应用效果资料---日本自1998年开始工业规模的推广和改造后连续三年的效果实测工业炉燃料平均热利用率提高50%以上节能率达到34%以上NOX排放下降至150ppm以下炉内温度和气氛更均匀热能工程系Dept.ofThermalEngineering2020/5/2045国内应用效果（1）已有一百余座蓄热式加热炉（2）在冶金行业应用广泛（3）其他行业有待进一