我國蓄熱式燃燒技術目前存在的幾點不足

LGLVZHIYONG · 發(fā)表于 2007-12-3 19:47:37

目前,，我國的資源和環(huán)境問題日益突出，迫切要求高能耗行業(yè)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(fā)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(yōu)越性,，主要用于鋼鐵,、冶金、機械,、建材等工業(yè)部門中，并已出現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢頭,。至今我們已有了自己的一些專利,，并且在國內(nèi)有了相對廣泛的應用,，取得了相當?shù)慕?jīng)濟效益,。
關鍵部件

1　蓄熱體
蓄熱體是高溫空氣燃燒技術的關鍵部件,，其主要技術指標如下：

(1)蓄熱能力：單位體積蓄熱體的蓄熱量要大,，這樣可減小蓄熱室的體積,，需要通過材料的比熱ＣＰ來衡量,。(2)換熱速度：材料的導熱系數(shù)λ可以反映固體內(nèi)部熱量傳遞的快慢，導熱系數(shù)大可以迅速地將熱量由表面?zhèn)髦林行模浞职l(fā)揮蓄熱室的能力,；高溫時,，材料輻射率可表征氣體介質(zhì)與蜂窩體熱交換的強弱。(3)熱震穩(wěn)定性：蓄熱體需要在反復加熱和冷卻的工況下運行,，在巨大溫差和高頻變換的作用下，很容易脆裂、破碎和變形等,，導致氣流通道堵塞,，壓力損失加大，甚至無法繼續(xù)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(fā)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，會產(chǎn)生摩擦阻力損失,，在流經(jīng)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(fā)生交錯而產(chǎn)生局部阻力損失,；前者對傳熱有利，后者對傳熱是不利的,，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(jīng)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
由于必須在一定的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)空氣,、煤氣與煙氣的頻繁切換,，換向閥也成為與余熱回收率密切相關的關鍵部件之一。盡管經(jīng)換熱后的煙氣溫度很低,，對換向閥材料無特殊要求,，但必須考慮換向閥的工作壽命和可靠性。因為煙氣中含有較多的微小粉塵以及頻繁動作,，勢必對部件造成磨損,，這些因素應當在選用換向閥時加以考慮。如果出現(xiàn)閥門密封不嚴,、壓力損失過大,、體積過大、密封材料不易更換,、動作速度慢等問題,，會影響系統(tǒng)的使用性能和節(jié)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(xiàn)“二次燃燒”甚至燃燒不充分。為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(nèi)煙氣的混合和射流的角度及深度,，而這些參數(shù)應根據(jù)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。
蓄熱式燃燒技術又被稱為“高溫稀薄燃燒”技術,。實現(xiàn)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(shù)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(nèi)氣流的流動，依靠預熱后空氣和煤氣射流的高速卷吸,，使爐內(nèi)產(chǎn)生大量煙氣回流,。一般來說,，射流的速度越大,，爐內(nèi)的卷吸和回流作用越強烈,，就越有利于實現(xiàn)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,，并降低了ＮＯｘ的排放。
對現(xiàn)存幾個問題的分析
蓄熱式燃燒技術在中國發(fā)展了近二十年了,，通過科研工作者的努力,，取得了相當?shù)募夹g成果和經(jīng)濟效益。但也反映出了一些不足,�,？陀^地講,，我國對蓄熱式燃燒技術的認識還不如國外發(fā)達國家深刻，目前考慮的還僅僅是節(jié)能,，并不是真正意義上的“第二代蓄熱式燃燒技術”。

1　蜂窩體的使用壽命不高
目前國內(nèi)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為3～6個月,，甚至出現(xiàn)過使用一個星期就大量碎裂的情況,。用于鋼包烘烤器上的蓄熱體因煙氣溫度低使用壽命有所增加,。蓄熱體在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題主要有熔化,、軟化,、破裂,、堵塞和腐蝕等,，其中蓄熱體材料的抗熱震穩(wěn)定性差是工程設計中最常出現(xiàn)的問題,。造成以上問題的原因主要有以下三點：

(1)材料問題蜂窩體長期工作在急冷急熱,、還可能帶有腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境中,，經(jīng)常承受著高溫作用和因內(nèi)外溫差變化而引起的應力作用,。這種工作環(huán)境對蓄熱體的材料提出了苛刻的要求,。
為了增加蓄熱量,，減小蓄熱室的體積,，需要增加蓄熱體的密度,。但抗熱震穩(wěn)定性與密度在一定程度上是互相排斥的,，即密度越高,，抗熱震穩(wěn)定性一般都比較差,。
在使用過程中,，蓄熱體與氣流進行熱交換,，一些帶有腐蝕性的氣體和顆粒會對蜂窩體產(chǎn)生不利影響。比如氧化鐵顆粒會降低鋁硅材質(zhì)的軟熔溫度,，使蜂窩體熔化而堵死氣孔,；酸性氣體會對蜂窩體產(chǎn)生腐蝕作用,；微小顆粒會附著在蜂窩體表面而堵塞氣體通道等。

(2)偏流問題蓄熱室內(nèi)熱交換過程大致如下：在排煙階段,，煙氣流經(jīng)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(jīng)蜂窩體時被加熱,，余熱被重新帶回爐內(nèi)。在以上的任何一個階段,，如果氣體在蓄熱室內(nèi)出現(xiàn)偏流,，經(jīng)過若干次換向后容易導致蜂窩體局部高溫而產(chǎn)生熱應力。當產(chǎn)生的溫度應力超出其承受極限時,，蜂窩體就會破裂,。

(3)“二次燃燒”問題蓄熱式燃燒系統(tǒng)的空氣噴口和煤氣噴口一般都是相互獨立的，這樣有利于形成爐內(nèi)低氧氣氛,，拓展火焰邊界,，形成均勻的溫度場，提高加熱質(zhì)量和減少氮氧化物的排放,。但是對空氣和煤氣兩股射流的速度,、交角和距離的最佳值很難把握，一旦處理不當則容易造成爐內(nèi)局部煤氣燃燒不充分而其它地方氧氣還有剩余,。這些煙氣在被吸入蓄熱室時,，空氣和煤氣會重新接觸產(chǎn)生“二次燃燒”，放出的熱量可以完全被蜂窩體吸收,，盡管沒有造成能量損失,，但局部高溫很容易使蜂窩體熔化而失效。
研制出一種高品質(zhì)的蓄熱材料來適應蓄熱體惡劣的工作環(huán)境是提高其使用壽命最有效的辦法,。

2　關于副煙道的討論
國內(nèi)對此問題存在著兩種觀點,，一種認為沒有必要加副煙道；另一種認為必須加副煙道,。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?lián)Q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(xiàn)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(xiàn)場的工作設備,，惡化車間的操作環(huán)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(xiàn)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(nèi)的煙氣全部引出,。預熱后的空氣和煤氣至少以40～50ｍ/ｓ的速度噴入爐內(nèi)，經(jīng)燃燒反應后體積膨脹,，引風機是否能夠以40～50ｍ/ｓ甚至更高的速度將煙氣從爐內(nèi)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(nèi)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(diào)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,。

syw開門造車 · 發(fā)表于 2007-12-4 00:51:35

樓主網(wǎng)友好,！

如下是一份資料中的數(shù)據(jù)，對比就知道什么是差距,。

syw 071204---00.51
//************************************

日本的國內(nèi)生產(chǎn)總值約占世界的16%,，其一次能源消費僅占世界的5.3%；
中國國內(nèi)生產(chǎn)總值占世界的4%~5%,，其一次能源消費占世界的10%強,。

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是耗能大戶，各國生產(chǎn)1噸粗鋼需要使用的煤炭量相差很大,，中國為1.5噸,，美國為1噸，而日本僅為0.6噸,；

andylau3r · 發(fā)表于 2008-4-13 10:35:15

我國蓄熱式燃燒技術的確存在不足,，但我們工廠的蓄熱式加熱爐還是比較節(jié)能的！　　　　　　　　

快樂的魚116 · 發(fā)表于 2012-2-4 22:59:08

謝謝啦,，怎樣和您聯(lián)系方便,？
[email protected]

		自動登錄	找回密碼
密碼			注冊會員