3000陶瓷球蓄热式燃烧器及其应用
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3中国科学院广州能源研究所所长基金(0807z3)收稿日期:2009-01-19张建军(1973- ),工程师;510640广东省广州市。
蓄热燃烧蓄热体的应用现状与发展趋势3张建军1,2 邹得球1,2 肖 睿1 黄 冲1 冯自平1(11中科院广州能源研究所,21中科院研究生院)摘 要 介绍了蓄热燃烧技术和蓄热体的发展与使用现状。
陶瓷-金属蜂窝蓄热体在保留蜂窝陶瓷蓄热体优点的同时,克服了使用寿命短的缺点,为高温空气燃烧技术在不同的应用场合提供了更多的选择,是工作温度在1300℃以下的高温空气燃烧系统理想的蓄热体。
关键词 蓄热燃烧技术 蓄热体 金属蜂窝Appli ca ti on and develop m en t of regenera tor ma ter i a l of HTACZhang J ianjun 1,2 Z ou Deqiu 1,2 Xiao Rui 1 Huang Chong 1 Feng Zi p ing1(11Guangzhou I nstitute of Energy Conversi on,Chinese Acade my of Sciences,21Graduate School,Chinese Acade my of Sciences )Abstract The devel opment and app licati on of high te mperature air combusti on and regenerat or mate 2rial were intr oduced .Cera m ic 2metal honeycomb combined regenerat or retains many advantages of ce 2ra m ic honeycomb regenerat ors,als o can avoid the disadvantage of short 2lived .It can p r ovide morechoice for HT AC used in different occasi on .Cera m ic 2metal combined regenerat or is the best choicewhen the temperature of HT AC is less than 1300degrees .Keywords HT AC regenerat or material metal honeycomb 我国经济高速发展的同时也消耗了大量能源,给环境带来了很大的影响,其中工业能源消耗量占全国能源消耗总量的70%,工业窑炉约占全国总能耗的25%[1]。
蓄热器蓄热器是在工业锅炉供汽系统中储存多余热量并在需要时将所蓄热量释放出来的设备。
能有效地稳定锅炉负荷,改善锅炉运行条件,不使锅炉效率降低。
在工业锅炉供汽系统中储存多余热量并在需要时将所蓄热量释放出来的设备。
在工业锅炉供汽系统中如果用汽量经常发生大幅度的波动,不仅会引起锅炉汽压、水位上下波动,使锅炉运行操作困难,还会导致锅炉燃烧效率降低。
在这种情况下应用蓄热器能有效地稳定锅炉负荷,改善锅炉运行条件,不使锅炉效率降低。
锅炉蓄热器有变压式和定压式两类,变压式蓄热器的工作压力随所储热量的增减而变化,其中最典型的是蒸汽蓄热器。
定压式蓄热器的工作压力恒定,其中以给水蓄热器最为常用。
蒸汽蓄热器一种应用最广泛的变压式蓄热器(见图)。
当锅炉蒸发量大于用汽量时,多余的蒸汽进入蓄热器加热其中的储水(饱和水),蒸汽本身也凝结于其中,蓄热器中的压力随之上升。
当用汽量大于锅炉的蒸发量时,蓄热器中的储水(饱和水)因降压而沸腾,提供蒸汽以保持锅炉负荷不变。
整个工作过程由一组自动调节阀门自行控制。
阀V1用以保持锅炉压力不变,阀V2用以保持用汽压力不变,而蓄热器压力则在二者之间变化。
锅炉压力与用汽压力之间的压差越大,蓄热器可储蓄的热量也越大,并可按不同的情况来选择其容积。
蒸汽蓄热器特别适用于工业锅炉系统。
给水蓄热器一种定压式蓄热器。
蓄热器压力、锅炉压力与用汽压力都基本相同。
当用汽量低于锅炉蒸发量时,多余的蒸汽(或热量)用以加热给水,使给水成为饱和水并储存于蓄热器中。
当用汽量增大时则用蓄热器中温度较高的饱和水代替温度较低的给水送入锅炉,使锅炉的蒸发量增大以满足需要。
给水蓄热器工作压力恒定,故也适于小型蒸汽动力装置,但其储蓄热量不大。
锅炉给水温度越高,其蓄热能力越低。
蒸汽蓄热器的原理及应用2007-10-15 22:28:39 来源: 作者: 【大中小】浏览:5822次摘要:介绍了蒸汽蓄热器的原理、结构、应用场合及装设要求等,并结合实例分析了装设蒸汽蓄热器所带来的经济效益。
陶瓷蓄热体原理
陶瓷蓄热体是一种利用陶瓷材料的热物性质实现蓄热的装置,其原理主要基于陶瓷材料的热容量较大、热导率较低、热传导时间较长等特点。
陶瓷材料具有良好的热容性能,即在加热时可以吸收较多的热能而不显著升温;在冷却时可以释放较多的热能而不显著降温。
这种热容性能使得陶瓷蓄热体能够有效地吸收和释放热能,实现蓄热和释放热能的功能。
此外,陶瓷材料的热导率较低,即传导热量的能力较弱。
这意味着陶瓷蓄热体可以更长时间地保持热能,而不会快速地向外传导或散失。
陶瓷蓄热体的原理可以用简单的示意图来解释:当陶瓷蓄热体处于高温环境中时,陶瓷材料吸收热能,并将其储存起来。
当温度下降时,陶瓷材料会释放储存的热能,使周围环境升温。
这种原理使陶瓷蓄热体被广泛应用于各种热管理系统中,例如太阳能热水器、地暖系统、暖风机等。
通过充分利用陶瓷材料的特性,陶瓷蓄热体能够实现高效的蓄热和释放热能,提高能源利用率,实现节能环保的效果。
蓄热燃烧技术的应用蓄热燃烧技术是基于蓄热室的概念回收废气的余热,实现余热极限回收和助燃空气的高温预热,达到节能效果。
蓄热室最早发明于1858年,主要用在玻璃熔炉、平炉、熔铝炉等工业路上。
自20世纪70年代能源危机后,节能降耗得到各个国家的重视,蓄热式燃烧技术由于能够最大限度地回收出炉烟气的热量,大幅度地节约燃料、降低成本,同时还能减少CO2和NO x的排放量。
因此,该技术在国际上被称为二十一世纪的关键技术之一。
1.蓄热式燃烧器九十年代至今, 美、日、英等国开发出蓄热式燃烧器,并不断加以发展完善,实现了高效节能与低污染排放,现已成功地应用于加热炉、热处理炉、锻造炉等工业炉上。
蓄热式燃烧器是一种集燃烧器、换热器、排烟功能为一体的新型燃烧器,主要通过蓄热体,利用烟气热量将空气预热至高温,很大地提高热能利用率;同时又采用了分级燃烧和烟气回流技术,减少了燃烧污染的排放量。
蓄热式燃烧器主要有陶瓷蓄热室、燃料喷口、高温空气喷口、绝热管道、换向阀等组成。
燃烧器喷口既是火焰入口又是烟气排出口。
蓄热室大多紧靠在燃烧器上,蓄热体材料的主要成分是氧化铝,一般采用直径为十几毫米的陶瓷球。
近来已发展采用蜂窝陶瓷体作为蓄热体,蜂窝陶瓷蓄热体比陶瓷球蓄热体具有更大的比表面,蓄热效率更高。
蓄热式燃烧器必须成对安装,两个为一组。
其中包括两个相同的燃烧器,两个蓄热器、一套换向阀门和配套控制系统。
如图1所示。
A烧嘴工作时,燃料和空气由A 烧嘴喷入,燃烧生成的火焰加热物料,高温烟气进入B烧嘴,并通过辐射、对流传热将热量传给蓄热体,烟气温度降低到200℃以下经过换向阀排出。
然后换向工作,冷空气通过B烧嘴的蓄热室后,已含热量的蓄热体再以对流换热为主的方式将空气预热至高温(一般空气预热温度与排烟入口温度仅差50~150 ℃),而使传热蓄热体被冷却。
换向阀一般以30~200s的频率进行切换,使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态,周而复始地运行。
蓄热式陶瓷燃烧器蓄热式陶瓷燃烧器的系统主要包括:用蜂窝陶瓷或蓄热小球等做成的蓄热体,燃烧器,空气和烟气的切换装置(换向阀)及其相应的控制系统,如下图所示:一个蓄热式燃烧单元至少有两个燃烧器本体、两个体积紧凑的蓄热室、换向阀和与之配套的控制系统组成,即应用蓄热式(高温空气)燃烧技术的炉子燃烧器需成对安装,可在同一侧,亦可相对放置。
当燃烧器A工作时,产生的大量高温烟气经由燃烧器B排出,与蓄热体换热后,可将排烟温度降到200℃以下,一定时间间隔后,切换阀使助燃空气通过B的蓄热体,空气将立刻被预热到烟气温度的80%~95%以上。
燃烧器B启动的同时,燃烧器A停止工作,转为排烟和蓄热装置。
通过这种交替运行方式,实现“烟气余热的极限回收”和“助燃空气的高温预热”。
如上图所示,高效蓄热体材料特性、燃烧器、换向阀的质量及换向时间的长短是保证高温空气燃烧的关键。
(1)蓄热体蓄热体是高温空气燃烧技术中最关键的部件。
在与燃烧空气或高温燃烧废气进行直接接触的过程中,蓄热体就是一个热交换器,因此,要求蓄热体具有较大的传热面积和持久的传热性能。
此外,尽可能选用报废后不会污染环境的材料。
目前蓄热体一般采用陶瓷小球或蜂窝陶瓷。
(2)燃烧器蓄热式陶瓷燃烧器(RCB)好比均热炉的一个燃烧通道,结构简单也可做成燃烧器。
煤气喷嘴从燃烧器后部插入,此时由于燃烧器中温度很高,在排烟状态下,需对煤气喷嘴进行冷却,由于空气(或煤气)已被预热到很高的温度,故空气与煤气间不需要布置混合装置就能很好的燃烧。
在实际使用过程中,一个燃烧器配一个蓄热室,也可多个燃烧器共用一个蓄热室。
如上图所示,模式A表示燃烧器A处于燃烧状态,燃烧器B处于排烟状态。
燃烧所需空气经过换向阀,再通过燃烧室A,被其预热后在燃烧器A中与燃料混合,燃烧生成的火焰加热物料,高温废气通过燃烧器B进入蓄热室(B处于排烟状态),将其中的蓄热球加热,再经过换向阀后排往大气。
持续一定时间(如30s)后,控制系统发出换向指令,操作进入模式B所示的状态,此时燃烧器B处于燃烧状态,燃烧器A处于排烟状态:燃烧空气进入蓄热室B时被预热,在燃烧器B中与燃料混合,废气经蓄热室A,将其中蓄热球加热后排往大气。
蓄热式燃烧器多种结构设计及蓄热体情况北京佳德昌科技有限责任公司010-********蓄热式燃烧器⼀.概述⼋⼗年代初,国际上第⼀套蓄热式燃烧系统成功地在⼯业炉上使⽤。
由于其在燃烧及余热回收⽅⾯的⾼性能,⽬前这种燃烧技术已在⼯业化国家得到⼴泛的推⼴应⽤。
北京佳德昌科技有限责任公司近年来⼀直致⼒于对蓄热式⾼温空⽓燃烧技术(简称HTAC技术)的研究。
⽬前已成功地开发出了各种型式的蓄热式烧嘴。
⼆.⼯作原理蓄热式烧嘴其⼯作原理是从⿎风机出来的常温空⽓由换向阀切换进⼊蓄热式燃烧器B后,在经过蓄热式烧嘴B陶瓷球时被加热,在极短的时间内常温空⽓被加热到接近炉膛温度(⼀般⽐炉温低50-100℃),被加热的⾼温热空⽓进⼊炉膛后,卷吸周围炉内的烟⽓形成⼀股含氧量⼤⼤低于21%的稀薄贫氧⾼温⽓流,同时往稀薄⾼温空⽓附近注⼊燃油,燃油在贫氧(2-20%)状态下实现燃烧;与此同时,炉膛内燃烧后的热烟⽓经过另⼀个蓄热式烧嘴A排⼊⼤⽓,炉膛内⾼温热烟⽓通过蓄热式烧嘴A时,将显热储存在蓄热式烧嘴内,然后以低于150℃的低温烟⽓经过换向阀排出。
⼯作温度不⾼的换向阀以⼀定的频率进⾏切换,使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替⼯作状态,从⽽达到节能和降低NO x排放量等⽬的,常⽤的切换周期为30-200秒。
如此周⽽复始变换,通过蓄热体这⼀媒介,排出的烟⽓余热绝⼤部分转换成燃烧介质的物理热,被充分回收利⽤。
三.结构与形式蓄热式燃烧器有壳体、烧嘴砖、装球⼝,格栅、保温层、陶瓷球、卸球⼝、纤维板、纤维棉、连接件、观⽕孔、点⽕长明灯及油枪等部分组成,其内腔装填蓄热陶瓷球。
详见烧嘴安装⽰意图。
四.蓄热体1:蓄热体形状:蓄热体形状有:蜂窝状、球状、⽚状、短圆柱状、空⼼圆柱状、算盘珠状、枣状、空⼼球状等。
经过实际使⽤性能⽐选,⽬前常⽤的形状有蜂窝状和⼩球状两类。
2(c)导热性好;(d)抗热震性好;(e)耐腐蚀。
●蓄热体的材质分为⾼温、中温、低温三种,相应的材质是:(a)刚⽟莫来⽯:含Al2O3﹥90%(b)⾼铝莫来⽯:矿物相化学式3 Al2O3·2SiO2(c)堇青⽯:矿物相化学式2MgO·2Al2O3·5SiO2五.技术特点1.其结构型式类似普通烧嘴,能直接安装在炉⼦侧墙上,因此新建炉⼦炉墙厚度与普通加热炉⼀样,更便于旧炉改造。
蓄热式高温空气燃烧技术在我国的应用及发展吴道洪 1 欧俭平2谢善清1杨泽耒 1 王汝芳1萧泽强21 北京神雾热能技术有限公司,北京 1000832 中南大学能源与动力工程学院,长沙 410083摘要本文简述了蓄热式高温空气燃烧技术的原理、技术优势以及在我国的应用前景,着重介绍我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究进展及其在我国工业加热行业的推广应用与发展情况。
关键词蓄热室、高温空气、换向阀、燃烧、氮氧化物1 前言高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术,在西欧一些国家简称为HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技术,亦称为无焰燃烧技术(Flameless combustion)。
其基本思想是让燃料在高温低氧浓度(体积)气氛中燃烧。
它包含两项基本技术措施:一项是采用温度效率高达95%,热回收率达80%以上的蓄热式换热装置,极大限度回收燃烧产物中的显热,用于预热助燃空气,获得温度为800~1000℃,甚至更高的高温助燃空气。
另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物,稀释反应区的含氧体积浓度,获得浓度为15% ~3%(体积)的低氧气氛。
燃料在这种高温低氧气氛中,首先进行诸如裂解等重组过程,造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件,在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能,不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。
这种燃烧是一种动态反应,不具有静态火焰。
它具有高效节能和排放等多种优点,又被称为环境协调型燃烧技术[1-2]。
超低NOX高温空气燃烧技术自问世起,立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视,其在加热工业中的应用得到迅速推广,取得了举世瞩目的节能环保效益[3]。
2 HTAC技术的发展国内外各种工业炉和锅炉的节能技术发展都经过了废热不利用和废热开始利用的两个阶段。
在最原始的年代,炉子废热不利用,炉尾烟气带走的热损失很大,炉子的热效率在30% 以下,如图1所示。
蓄热式燃烧技术在工业炉上的应用1 引言20世纪90年代初始,蓄热式余热回收技术得到了快速发展:在蓄热体材质、构造、蓄热性能等方面都得到了许多改进;单位体积的传热面积由过去的10-40m2/m3提高到200-1300 m2/m3,因而体积显著减小;换向阀和控制系统可靠性也得到改善,换向时间由过去的30min左右缩短至几分或几十秒钟,热效率大幅提高至80%一90%左右,助燃空气预热温度大幅提高至1000℃以上,而排出的烟气温度可降低至200℃以下,接近烟气的露点温度。
由于助燃空气预热温度高达1000℃,远高于传统的500 --- 6001C,从而改变了传统的燃料燃烧方式,出现了一项全新的燃烧技术—高温空气燃烧(HTAC)技术。
该技术的关键在于通过高效的蓄热式余热回收可实现高温低氧的燃烧过程,形成与传统燃烧迥然不同的火焰特性,从而达到节能与环保的双重效益。
随着90年代末期该技术的逐步推广应用,近两年迅速成为一项炙手可热的节能环保新技术,在不同工业炉上得到快速应用。
至2002年已投产各种蓄热式工业炉50多台。
本文通过对目前应用情况的分析,为使用者提供一些参考。
2 在不同炉型工业炉上的应用分析目前该技术已应用于推钢式连续轧钢加热炉、步进式连续加热炉、室式加热炉、台车炉、钢管连续退火炉、钢包烘烤器、罩式炉以及倒焰窑等。
现在以连续轧钢加热炉为主,其产生的经济效益也最明显,投资回收期最短,尤其是“以气代油”的企业,基本在半年内就可收回全部投资。
2.1推钢式连续加热炉该炉型主要用于普线厂、部分中板厂和中型厂,加热钢种以普钢和低合金钢为主,也有优质碳素钢和高合金钢。
3种蓄热实现形式都有,各有其优缺点。
2.1.1普线厂普线厂由于加热无特殊要求,故采用集中蓄热、集中换向的方式较多,优点是设备简单,可靠性好,操作方便。
最有代表性的有韶钢三轧厂2#加热炉[1]。
其主要特点是:(1)取消了在普通加热炉上用来回收烟气余热的预热段,使被加热钢坯在最大可能的辐射温压下进行快速加热,缩短钢坯在炉内的加热时间,减少钢坯的氧化烧损。
蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术,全名称为:高温低氧空气燃烧技术(High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC),也作HTAC(High Temperature Air Combustion)技术,也有称之为无焰燃烧技术(Flameless Combustion)。
通常高温空气温度大于1000℃,而氧含量低到什么程度,没有人去划定,有些人说应在18%以下,也有说在13%以下的。
蓄热燃烧技术原理如图所示:当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后,在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热,在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃),高温热空气进入炉膛后,抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流,同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气),这样燃料在贫氧(2-20%)状态下实现燃烧;与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气,炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体,然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出。
工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换,使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态,常用的切换周期为30~200秒。
简单说,就是先将蓄热体加热后,再通入空气,并将空气加热到高温,送入炉内与烟气混合(为降低氧气含量,目的是降低氧化氮的含量)后,再与燃料混合燃烧。
要注意的是,蓄热燃烧,蓄热室必须是成对的,其中一个用来加热空气,而另一个被烟气加热。
经过一个周期后,加热空气的蓄热室降温,而被烟气加热的蓄热室却升高温度,这样,通过换向阀,使两个蓄热室作用交换,这时原来是排烟口的,现在变成了烧嘴,而原来是烧嘴的,现在变成了排烟口。
高温空气燃烧技术的主要特点是:(1)采用高温空气烟气余热回收装置,交替切换空气与烟气,使之流经蓄热体,能够在最大程度上回收高温烟气的显热,即实现了极限余热回收;(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平,形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型,创造出炉内优良的均匀温度场分布;(3)通过组织贫氧状态下的燃烧,避免了通常情况下,高温热力氮氧化物NOx的大量生成。
蓄热式燃烧器系统在冶金加热炉中的应用摘要:现阶段,我国的冶金工程建设的发展迅速,我国的资源和环境问题日益突出,迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。
蓄热式燃烧技术,又称高温空气燃烧技术,是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术。
它具有烟气余热回收效率高、空气和燃气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性,主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中,并已出现迅猛发展的势头。
蓄热式燃烧器采用蓄热式烟气余热回收装置,交替切换烟气和空气或燃气,使之流经蓄热体进行高温预热。
低热值燃料借助高温预热后的空气或燃料可获得较高的炉温,扩展了低热值燃料的应用范围。
该方法能够最大限度地回收高温烟气的物理热,大幅度节约能源,提高热工设备的热效率,减少CO2排放,同时使烟气中氮氧化物体积分数降低40%以上,符合国家清洁生产和节能减排的相关要求。
关键词:蓄热式燃烧器系统;冶金加热炉;应用引言随着人们节能降耗意识的不断提升,冶金工业也在探究绿色发展技术手段。
加热炉作为最大的耗能设备是工艺流程中最为关键的设备,加热炉运行的稳定性直接影响轧钢的生产质量。
解决加热炉燃烧问题,使其稳定运行是现阶段的重点问题。
加热炉工况复杂、参数多变,其运行惯性相对较大,具有控制滞后的特征。
加热炉的数学模型建立困难,在运行中会受到空气、煤气压力值以及燃料发热值等多种因素的频繁波动与影响,导致其各个变量之间互相耦合、干扰,会影响其稳定运行。
1蓄热式燃烧器工作原理蓄热式燃烧系统是由蓄热式双烧嘴、助燃鼓风机、助燃风量调节阀、换向阀、燃料调节阀、燃料切断阀、点火电动阀、长明火(点火枪)、排烟引风机、排烟温度变送器等组成。
该系统通过蓄热式双烧嘴周期性地换向燃烧,从而用高温排烟烟气加热助燃空气。
当其中1个烧嘴燃烧时,高温烟气通过另1个烧嘴进行排烟,加热蓄热体的蓄热介质,当排烟温度测量值超过设定排烟温度时,换向阀换向,此烧嘴开始燃烧,原来燃烧的烧嘴开始引风抽吸并排放高温烟气,加热蓄热介质,如此反复循环燃烧。
新型陶瓷蓄热式空气预热器的开发及工业应用*王德瑞1,佘东升2,汤红年1,杨利然1,杨成炯1,薛林锋3(1.中石化洛阳工程有限公司,河南省洛阳市471003;2.中国石化海南炼油化工有限公司,海南洋浦578101;3.江阴金童石化装备有限公司,江苏省江阴市214437)摘要:简述了蓄热式换热器和蓄热燃烧技术的原理。
介绍了中石化洛阳工程有限公司根据上述原理开发的“新型陶瓷蓄热式空气预热器”及其工业应用试验情况。
特征鲜明的“八通换向阀”和“U形蓄热管”组成的新型陶瓷蓄热式空气预热器,综合了蓄热式换热器、蓄热式燃烧技术的优点,基本解决了火焰加热炉深度节能所面临的露点腐蚀问题,在燃料气硫质量浓度10mg/m3左右、存在烟气露点腐蚀的情况下,实现了火焰加热炉低于90ħ排烟、热效率提高到95%以上、换热元件无腐蚀的目标,而且,出空气预热器的烟气温度在线可调。
关键词:加热炉蓄热式空气预热器八通换向阀U形蓄热管蜂窝陶瓷蓄热式换热器蓄热燃烧技术蓄热式空气预热器是通过金属或非金属蓄热体进行热交换的换热器,这些蓄热体吸收热烟气的热量并将其传给冷空气,完成烟气与空气的热交换。
蓄热式空气预热器与一般间壁式空气预热器的区别在于:进行换热的流体不是在各自的通道内吸收或放出热量,而是交替地通过同一通道利用蓄热体吸收或放出热量。
热交换分两个阶段进行:先是热流体通过蓄热体放出热量,蓄热体被加热并将热量储蓄起来;然后是冷流体流过蓄热体吸收热量,蓄热体被冷却。
重复上述过程,就能使热交换连续进行。
蓄热式空气预热器常用的有回转式、阀门切换式两种。
回转式空气预热器在电站锅炉的余热回收中广泛采用[1],近年来在石化加热炉中也有应用[2]。
回转式空气预热器具有传热面密度高、结构紧凑、占地面积小等优点。
但其缺点也十分明显:漏风量大,状态好时漏风量为8% 10%,密封不良时高达20% 30%;同时,其结构复杂,制造工艺要求高,运行维护工作量大,检修也复杂。
蓄热式燃烧器的工作原理
嘿,咱今儿就来唠唠蓄热式燃烧器的工作原理。
你说这蓄热式燃烧器啊,就像是一个特别会过日子的巧媳妇!
它的工作呢,其实挺神奇的。
就好比是一场接力赛,这边烧热了,赶紧把热量存起来,然后传给下一波。
想象一下,有两个房间,一个房间在加热,等热得差不多了,就把热气赶紧转移到另一个房间去,同时这边又开始新一轮的加热,周而复始,多高效啊!
它里面有个关键的东西叫蓄热体,这玩意儿就像是个超级大热水袋,能把热量给攒起来。
当燃烧的火焰在这边使劲烧的时候,蓄热体就把热量吸得满满的。
等火焰跑到另一边去了,这边的蓄热体就开始释放热量,把周围的空气啊啥的都给加热了。
这一来一回的,不就把能量充分利用起来了嘛!
你说这是不是很有意思?这可不像有些东西,热了就热了,白白浪费好多热量。
蓄热式燃烧器可不会干这种傻事儿!它就这么聪明地把热量玩得团团转。
而且啊,它还特别节能呢!你想想,要是热量都浪费掉了多可惜啊,这蓄热式燃烧器就把这些要跑掉的热量都给抓住了,让它们继续发挥作用。
这就好比你买了个大西瓜,吃完瓜瓤,那瓜皮也不能浪费啊,还能炒个菜啥的,多划算!
它在好多地方都大显身手呢!比如一些工厂里,有了它,那能源利用率蹭蹭往上涨。
这可给工厂省了不少钱呢,老板们能不喜欢嘛!
你再想想,要是没有蓄热式燃烧器,那得浪费多少能源啊,环境不也得受影响嘛!它这可是为环保也出了一份力呢。
总之啊,蓄热式燃烧器这东西,真的是个宝!它的工作原理虽然不复杂,但是作用可大了去了。
咱得好好珍惜它,让它更好地为我们服务呀!你说是不是这个理儿?。
陶瓷球蓄热式燃烧器及其应用
杨志宏
(锦州奥和汽车电器有限公司辽宁锦州121000)
摘要:介绍了目前工业窑炉现状,陶瓷球蓄热式燃烧器的合理性;从设计原理、陶瓷球蓄热式燃烧器的特点上加以深入说明这种技术能提高工业窑炉的热效率,并能有效地降低环境污染;本文详细的阐述陶瓷球蓄热式燃烧器的工作原理,以及陶瓷球蓄热式燃烧器中陶瓷球的填充高度及陶瓷球的直径大小对燃烧器的影响等。
关键词:工业窑炉陶瓷球蓄热式燃烧器烟气余热减低排放
1.引言
建国初期,我国工业窑炉热效率经热工测试表明平均在30%以下,大量的燃烧热通过烟气、窑墙等消耗于大气中,这不仅使有效热量得不到充分利用,还给空气与环境造成严重污染。
到了六七十年代末期随着技术水平的提高,越来越多的节能措施应用于窑炉改进,达到减少热损失并能较多的利用烟气余热,能使窑炉的效率提高到40-50%左右。
直到八十年代初,蓄热式陶瓷燃烧器问世,并成功地在工业炉上使用,这种燃烧技术可使工业窑炉的热效率提高到70%以上。
目前已成功地开发出了各种型式的蓄热式烧嘴,其中陶瓷球型蓄热燃烧器是单预热陶瓷球蓄热式燃气烧嘴,实践证明这种燃烧器比较经济实用。
2.蓄热燃烧器设计原理
蓄热式燃烧器的设计遵循了高温低氧空气燃烧的基本技术原理,即高效回收烟气余热,大
的排放。
蓄热式燃烧器采用燃气和空气双预热的设计方式。
空气和燃气幅减少污染物特别是NO
X
经蓄热体与其进行热交换后将其预热到较高的温度(900℃以上)并使其在烧嘴横断面上对角线位置喷向燃烧装置内,而燃烧产物烟气也在烧嘴横断面上另一对角线位置由引风机经蓄热体进行热交换后抽出,其排放温度在150℃左右,这样的设计使燃烧区有大量的高温烟气掺混,这样既可使燃烧区的氧浓度大幅降低,又不会造成燃烧温度的降低,从而提高燃料燃烧热效率。
3.燃烧器组成
蓄热式燃烧器有壳体、烧嘴砖、装球口,格栅、保温层、陶瓷球、卸球口、纤维板、纤维棉、连接件、观火孔、点火长明灯及燃气接口等部分组成,其内腔装填蓄热陶瓷球。
4.燃烧器工作原理
陶瓷球型蓄热式燃烧器又称单预热陶瓷球蓄热式燃气烧嘴。
是用陶瓷作蓄热体和烧嘴的燃
烧装置,由2个烧嘴,2个蓄热器,1个或几个气体换向阀及相关管路、风机和控制系统组成。
其工作原理如图1所示:
这种烧嘴采用陶瓷小球作为蓄热体,空气与燃气(油雾)气流斜交混合。
工作时两烧嘴是交替进行燃烧的。
当烧嘴B燃烧时,从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器B 后,在经过蓄热式烧嘴B陶瓷球时被加热,在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉温低50-100℃),被加热的高温热空气进入炉膛后,卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流,同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气),燃料在贫氧(2-20%)状态下实现燃烧;与此同时,炉膛内燃烧后的热烟气在排烟风机的强力作用下经过另一个蓄热式烧嘴A排入大气,炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴A时,将显热储存在蓄热式烧
(本图1仅供参考)
嘴内,烟气粉尘被烧嘴A中陶瓷球挡住,大部分烟气余热被陶瓷球吸收拦截,高温烟气经烧嘴A 之后变成低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。
当烧嘴A燃烧时,空气穿过A烧嘴蓄热床被预热后(一般比炉温低50-100℃ )再进入炉膛燃烧,同时B烧嘴重复进行A烧嘴刚才的排烟蓄热操作。
由于排烟温度的降低,烟道、烟囱内衬也可不使用耐高温材料砌筑,这样可大大节省投资。
也可使换向阀、风机始终处在低温条件下,因而风机可选用标准设计,在电气程序的自动控制下以一定的频率进行切换,使两个蓄热式燃烧器始终处于蓄热与放热交替工作状态,从而实现烟气
余热的最大回收利用达到节能和降低NO
x 排放量等目的,常用的切换周期为30-200秒。
如此周而
复始变换,通过蓄热体这一媒介,排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热,被充分回
收利用。
5.结构设计、技术参数、特点
空气与燃气的混合气体在经过蓄热器时伴随有辐射传热,也有对流传热和接触传热,由于蓄热燃烧要求空气流速快,使蓄热器中的气流处于紊流状态,因而蓄热式换热器内的传热是一复杂传热过程。
如果结构设计不合理,则会使阻力增加,增大动力消耗,严重影响热能有效利用率。
蓄热式换热器结构参数主要包括蓄热体的填充高度和换热面积等。
5.1蓄热式换热陶瓷球填充高度:
陶瓷球会增加空气阻力及风机动力消耗,整体效率明显降低,因此在陶瓷球径确定的前提下,球的填充高度对燃烧热效率具有决定作用。
经东北大学蔡九菊老师等人实验得出:直径15mm的陶瓷球,填充高度在0.6m以上,直径25mm的陶瓷球填充高度应在0.7m以上,直径35mm的陶瓷球填充高度应在0.8m以上。
5.2换热器传热比表面积
陶瓷球球径越小,单位面积填充球的换热比表面积越大。
在材质相同情况下,随着陶瓷球蓄热体比表面积的增大,空气预热温度升高,蓄热式唤起的温度和热效率也随之增大。
但是比表面积越大,意味着球的直径越小,随之阻力损失也增大,若综合考虑,换热器的传热比表面积应有一个最佳值。
5.3换向时间:
为了使燃料热能充分利用,蓄热式换热器换向时间必须有一定的要求。
时间的长短受蓄热体形状、大小和填充高度的制约。
在一定条件下,换向时间越短,温度效率越高;但换向越频繁,动力消耗就越大。
一般球状蓄热体换向时间一般在50-200s之间,另外换向阀的质量也十分重要。
5.4陶瓷球蓄热体特点
1)耐高温:使用温度不低于1250℃
2)耐化学腐蚀:特别是耐高温烟气中的SO
2、CO
2、
NO
X
等的腐蚀和不与高温粉尘固溶及抗高
温氧化;
3)具有较高的热辐射、导热、放热和蓄热率;
4)具有足够的机械强度,在高温下填充不变形、不坍塌;
5)具有良好的抗热震性能
6)更换清洗方便
7)价格适中,使用寿命长。
根据不用使用温度,可选用粘土质、刚玉质、莫来石质、锆英石质、钛酸铝质和堇青石
质等材料作陶瓷球。
实验表明:从热容、抗震性、耐化学腐蚀、辐射率和导热率等方面考虑,认为普通莫来石质陶瓷作蓄热体是合适的,一般寿命在三个月以上,有的甚至可使用6到12个月,且价格也易被接受。
6.结束语
陶瓷球蓄热式燃烧器设计原理成熟可靠、结构简单、适用性强,投入运转后,蓄热燃烧时,在烟气与预热空气量相近的前提下,预热温度低于炉膛温度100-200℃,排烟温度在150-200℃.节能54%,热效率高达70-80%。
对于烟气粉尘含量高的工业窑炉,蓄热式燃烧器的应用不仅节省陶瓷球蓄热体的投资,同时还能降低动力消耗,防止堵塞,延长使用寿命。
参考文献:
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