【導(dǎo)讀】2.高溫空氣燃燒發(fā)展概況、應(yīng)用與意義；

　　

【正文】 、煤氣噴口的設(shè)計原則是保證二者既不能擴散燃燒太快，又不能使煤氣被吸入對側(cè)蓄熱室而二次燃燒；為降低坯料氧化燒損，以高溫空氣不直接掠過坯料表面為宜。空氣、煤氣噴口的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體爐子的爐膛尺寸、空氣和煤氣預(yù)熱溫度、煤氣熱值和空氣、煤氣噴口處的壓力等因素來設(shè)計。 3） 點火裝置設(shè)計 在蓄熱式燃燒技術(shù)中，煤氣處于一種間斷輸送狀態(tài)，因此在爐膛溫度低于 600℃時，如果沒有點火裝置則無法實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，甚至出現(xiàn)爐膛內(nèi)爆炸事故。實踐中很多爐子采用了單獨設(shè)置一些常規(guī)燒嘴的辦法，一方面增加了管道復(fù)雜程度，另一方面由于數(shù)量有限，爐膛升溫速度較慢。另一種做法是每一個煤氣噴口或燒嘴處設(shè)置專門的點火裝置，形成一個點火小火炬，并確保該火炬在煤氣切斷（空氣單預(yù)熱）或煤氣噴口反吸煙氣（空氣 /煤氣雙預(yù)熱）時不熄滅。點火裝置是否可靠合理對爐子操作的安全性和靈活性十分重要，設(shè)計時需根據(jù)技術(shù)水平和現(xiàn)場情況等綜合考慮。 4） 換向方式設(shè)計 目前國內(nèi)投產(chǎn)的加熱爐大多數(shù)采用四通換向閥分段集中換向方式，其優(yōu)點是換向閥數(shù)量較少，控制簡單，但由于燒嘴（或）噴口到四通換向閥之間在 換向時存在“死區(qū)”，造成短時間空燒或煤氣損失（煤氣預(yù)熱，參與換向時），較寬的爐子或采用蜂窩體換向周期較短的爐子尤甚。如果四通換向閥布置在爐子一側(cè)，還存在兩側(cè)燒嘴（或噴口）管網(wǎng)阻力不對稱的問題。 隨著換向閥技術(shù)的進步，出現(xiàn)了連接每相臨兩個燒嘴的小型化四通換向閥分散換向方式。此方式由于換向閥緊鄰燒嘴，克服了集中換向的不足，但爐膛煙氣沿爐寬方向的擾動不如集中換向的面對面換向的方式強烈。為解決這一問題，最近出現(xiàn)了安裝在每一個燒嘴上的小型三通閥分散換向方式，此方式既消除了換向閥到燒嘴間的“死區(qū)”，又可根據(jù)需要實現(xiàn)燒嘴 間靈活配對，其推廣價值還需在實踐中加以檢驗。 （ 3） 結(jié)論 在蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用中： 1） 蓄熱球是較成熟的蓄熱體，但其比表面積較?。环涓C體需重點提高耐久性。 2） 空氣、煤氣噴口的設(shè)計需根據(jù)爐膛尺寸、空氣和煤預(yù)熱溫度值空氣、煤氣噴口 處壓力等因素來設(shè)計。 3） 在每個煤氣噴口或燒嘴處設(shè)置點火裝置，具有中低溫時調(diào)節(jié)靈活和升溫較快的優(yōu)點 4） 換向方式正在向小型化、換向閥分散控制發(fā)展。 高溫空氣燃燒技術(shù)的應(yīng)用 （ 1） 應(yīng)用領(lǐng)域 1） 無論各種發(fā)射熔煉爐、各種加熱爐、各種熱處理爐及各種烘烤設(shè)備均可應(yīng)用， 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 而以反射熔 煉爐最能發(fā)揮其優(yōu)越性。 2） 無論各種大型工業(yè)爐、各種中型工業(yè)和小均可應(yīng)用，而以小型工業(yè)爐最能發(fā)揮其優(yōu)越性 3） 無論各種類型的加熱爐：推鋼式爐、步進式爐、多室式快速爐均可應(yīng)用，而以多室式快速爐最能發(fā)揮起優(yōu)越性。 4） 無論各種發(fā)熱值的燃料：高發(fā)熱值的、中發(fā)熱值的和低發(fā)熱值的均可應(yīng)用，而以高發(fā)熱值的燃料最能發(fā)揮起優(yōu)越性。 （ 2） 應(yīng)用效果 1） 空、燃雙氣經(jīng)蓄熱體蓄熱換熱后的溫度與進入蓄熱體的煙氣溫度很接近，只差 100℃。所以，其溫度效率高達 95%，排放煙氣的溫度接近“露點”，僅 150℃，其熱揮手率高達 80%以上 ，爐子的熱效率高達 70%。爐子的生產(chǎn)率提高 20%~30%。 1)由于切換頻率高及實施貧氧燃燒，爐溫更加均勻，溫差僅177。 5℃。爐體壽命延長，加熱質(zhì)量好，煙氣含氧量低，氧化燒損小，僅 %。 2)節(jié)能顯著：比冷空氣節(jié)能 60%~65%，比換熱器預(yù)熱助燃空氣節(jié)能 30%以上，空燃雙氣皆高溫預(yù)熱，其節(jié)能更為顯著。 3)環(huán)保好：排放煙氣中溫室氣體 CO2 含量減少 40%以上，有毒氣體 NOx 含量減少60%以上，排煙總量減少 1/3。由于其燃燒 方式不同于高速噴出燒嘴式火焰燃燒，而是貧氧無焰燃燒，所以其燃燒的噪音也特別低。 4)可使用單一的低熱值劣質(zhì)燃氣。 5)排煙溫度低，維護費用低，因蓄熱式工業(yè)爐的排煙溫度接近露點，＜ 150℃。不用高溫煙道、高溫煙囪，可用一般工業(yè)用引風機，不僅改善了工作環(huán)境，減輕了勞動強度，也大大減低了維護費用及投資。 6)減低投資，占地少，回收期短：雖然其投資與傳統(tǒng)窯爐相比要價格高，但因其經(jīng)濟效益特別顯著，爐子的建設(shè)投資一般一年內(nèi)即可收回。 7)HTAC 使用性強：適用于燃油、燃氣的不同工藝要求的高溫工業(yè)領(lǐng)域的窯爐。如軋鋼加熱爐 、均熱爐、加熱爐、鋼包烘烤裝置，熔鋁爐、銅反射爐、玻璃熔化爐、罩式熱處理爐、環(huán)形加熱爐、輻射管氣體滲碳爐、鍛造爐、梭式爐等等。 (3） 應(yīng)用前景 高溫空氣燃燒技術(shù)是一項跨實際的高效節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，具有極限余熱回收和超低 CO2 、 NOx 排放的優(yōu)越性。該項技術(shù)適應(yīng)性很強，所覆蓋的行業(yè)十分廣泛。它的推廣應(yīng)用不僅能使我國工業(yè)能源結(jié)構(gòu)得到改善，能耗指標能較快地趕上世界先進水平，尤其能使我國大氣污染狀況嚴重的局面得到迅速的控制和改善。這將對我 國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略起到重要的作用。 1） 采用煤的氣化方法，擴大 HTAC 使用能源范圍 雖然空、燃雙氣高溫預(yù)熱解決了低熱值燃氣的應(yīng)用問題，但總的來說 HTAC 目前只適用于氣體和液體燃料，至今尚未見有關(guān) HTAC 在燃煤設(shè)備上的應(yīng)用，而我國燃煤的工業(yè)窯爐占 70%以上。燃氣、油的工業(yè)爐窯只占 20%多，故而使 HTAC 的推廣應(yīng)用范 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圍受到了很大的限制，因燃煤時產(chǎn)生大量的灰粉，其煙氣的腐蝕性很高，這就嚴重影響到蓄熱體、換向閥的工作安全性、可靠性及壽命。為此要首先解決煤炭的氣化問題，如使用發(fā)生煤氣、煤礦井下煤制氣，及最近日本提出 利用 HTAC 技術(shù)來實現(xiàn)煤的高溫氣化（ 1300℃），然后再將由此產(chǎn)生的煤氣輸入鍋爐里進行高溫燃燒?？傊捎妹旱臍饣椒▉硎菍崿F(xiàn)固體燃料在 HTAC 上的應(yīng)用，這項技術(shù)的實現(xiàn)將對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生難以估量的影響。 2） 發(fā)展天然氣能源，改善能源結(jié)構(gòu) 天然氣發(fā)熱值高而且非常潔凈，其在 HTAC 上使用較為理想。尤其將使用天然氣的 HTAC 技術(shù)應(yīng)用到熱處理行業(yè)（包括金屬制品的熱處理）上就更為理想，因它對實現(xiàn)小、無氧化熱處理技術(shù)特別有利。但由于我國天然氣過去開發(fā)量小、價高，故在工業(yè)爐窯上應(yīng)用很少，用電能的熱處理爐占到 90%以上。在歐、 美、日熱處理行業(yè)用天然氣能源占 1/4 以上。眾所周知點是二次能源，一般燃料發(fā)電效率約為 36%，電能的熱效率上限為 80%,即燃料的點熱效率上限約合 29%。天然氣在通常技術(shù)下熱效率上限為 %，比電熱效率高近 1倍。如 HTAC 使用天然氣，其熱效率可達 80%以上，比電熱效率高近 2倍。此外對提高熱處理的產(chǎn)品質(zhì)量很有好處，因天然氣本身就是一種還原性保護氣氛。用天然氣制備吸熱式氣氛是國外滲碳的主流技術(shù)方法。開發(fā)推廣應(yīng)用HTAC 天然氣熱處理爐既可大大提高熱處理生產(chǎn)經(jīng)濟效益，又可大大提高我國熱處理行業(yè)少、無氧化加熱的程度。 我過的天然氣儲備與俄羅斯接近。“十五”開發(fā)兩項西氣東輸工程，預(yù)計“十五”末天然氣產(chǎn)量超過 500 億 m3 /年，為發(fā)展天然氣能源，發(fā)展 HTAC 改善能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境保護，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益，保證我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 2） 擴 大 HTAC 應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)用蓄熱式技術(shù)來蓄熱換熱早在 1858 年就發(fā)明了，但因它的笨重，往往蓄熱室比爐體本身還大，造價高，因此其應(yīng)用一直受到限制。一直到上世紀 80 年代末期，因蓄熱體無論在材料、尺寸、形狀、厚度和換熱面積等方面取得了重大突破，同時 換向時間大大地縮短，致使老的蓄熱室技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，再加上貧氧燃燒這種全新的概念，從而在熱工界出現(xiàn)了一場新的技術(shù)革命。但任何事物都是發(fā)展的， HTAC 亦是如此，尤其是它現(xiàn)在在我國尚未普及及推廣應(yīng)用，尚存在一定的問題，除了它的機制理論方面尚待深入研究外，在應(yīng)用實踐上也需要進一步研究改善蓄熱體、換向閥、燒嘴、爐體材料等關(guān)鍵部件的材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、壽命等等，使蓄熱式工業(yè)爐更加高效、潔凈、向小型化、輕型化發(fā)展，擴大 HTAC 的應(yīng)用領(lǐng)域。 3） 總結(jié)經(jīng)驗，加速推廣應(yīng)用 近年來， HTAC 在我國一直受到政府的重視和支持。 科技界開展了深入的研究與開發(fā)，現(xiàn)已擁有了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)及專利技術(shù)?？蒲性O(shè)計部門與鋼鐵企業(yè)合作，大力在軋鋼加熱爐上進行了蓄熱式加爐的改造，取得了顯著經(jīng)濟效益和社會益。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已改造及新建的蓄熱式工業(yè)爐已不下 100 多臺，運行效果都十分理想，據(jù)權(quán)威人士估算，這項跨世紀的先進節(jié)能環(huán)保技術(shù)，每年可為中國企業(yè)帶 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 來 300 億元以上的經(jīng)濟效益，每年可給國家節(jié)約折合 3000 萬 t 以上的標煤?？萍冀缗c工業(yè)界應(yīng)很好地總結(jié)交流，政府應(yīng)從財力上和政策上給予進一步的支持，使 HTAC得以迅速推廣應(yīng)用，使我國的工業(yè)能耗指 標在最短的時間內(nèi)趕上世界先進水平。 技術(shù)數(shù)據(jù) 爐子的產(chǎn)量： P=120t/h 加熱料坯材質(zhì)： 20鋼 料坯尺寸： 150 150 6000mm 金屬加熱參數(shù)：料坯加熱初始溫度： 20℃ 料坯加熱終了時的表面溫度： 1200℃ 料坯加熱終了時的斷面溫差： 30℃ 燃料：高爐煤氣，成分如下表 表 高爐煤氣成分 成分 2H CO 4CH 2N 2O 2CO 煤氣 % —— —— 煤氣預(yù)熱溫度（燒嘴前）： t氣 =1000℃ 空氣預(yù)熱溫度（燒嘴前）： t空 =1000℃ 設(shè)計計算 燃料燃燒計算 （ 1） 高 爐煤氣干、濕成分轉(zhuǎn)換 1） 煤氣溫度 20℃，查《火焰爐設(shè)計計算參考資料》表 12得， g干 OH2 =，則 k= 0 10 0 ?? = 2)由于 K=,計算得高爐煤氣的濕成分，結(jié)果列于表 中 表 高爐煤氣的濕成分 成分 CO 2CO 2H 2O 2N OH2 煤氣 % 3 —— (2)高爐煤氣低發(fā)熱值 Q低 =+ =?+? =3291KJ/NM3 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ (3)空氣需要量的計算 1） 理論空氣需要量 L0 =21 2 COH ?=21 ???= /NM3 2)實際空氣需要量 Ln ,取 n= Ln =?= NM3 /NM3 3）燃燒產(chǎn)物生成量及成分 1 NM3 的煤氣完全燃燒的燃燒產(chǎn)物中各成分的體積 V2co=?(+)= NM3 /NM3 V2o=??()= NM3 /NM3 V2n=?(+79?)= NM3 /NM3 V OH2=?(++??)= NM3 /NM3 （見下表 ） 表 高爐煤氣燃燒產(chǎn)物生成量（ NM3 /NM3 ）及成分（ %） 成分 3CO 2O 2N