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蓄热式燃烧系统工作原理及优缺点

  1.蓄热式燃烧系统工作原理及特点
  蓄热式燃烧技术是目前国际上最先进的燃烧技术和燃烧控制技术。蓄热式燃烧技术比较常规燃烧技术,其节能效果可高达40~50%。被国际上称为“燃烧技术的革命”。
目前,我公司将蓄热式燃烧技术与脉冲燃烧技术相结合,采用“数字化高温低氧脉冲”燃烧技术。将用于高温炉和连续炉的蓄热式技术的应用范围,推广至需要精密控温的热处理和间隙式工业炉。
  采用数字化高温低氧脉冲燃烧技术的燃料炉排烟温度小于150℃,低温段为1/10高温段,120~150℃,常温较高时有所提高。针对锻造加热炉,空气预热温度可达900~1050℃,80%的余热被回收和利用,节能效果非常明显。通过厂家的使用和测算,采用数字化高温低氧脉冲燃烧技术的工业炉,其燃烧节约的费用,在半年内即可回收整个工业炉投资。
  图1是蓄热燃烧系统的原理示意图。它通过两个蓄热室交替切换工作状态来回收烟气中的余热。在图1中,上方图中的工作状态是左侧蓄热体放热,加热了流经左侧蓄热体的空气;右侧蓄热体吸热,回收流经右侧蓄热体的烟气中的显热。下方图中是整个燃烧系统换向后的工作状态,此时,右侧的蓄热休工作在放热状态,加热流经的空气;左侧蓄热体工作在吸热状态,吸收流烟气中的显热。通过不断地切换工作状态,左右两侧的蓄热体可以把烟气中的显热传递给空气或煤气。适当设计蓄热体的蓄热量和换向时间,可以将烟气温度降低到露点附近,烟气排放温度平均低于150℃,最大限度地提高燃料的热利用率。
 
    图1. 间隙蓄热式燃烧原理示意图
  蓄热燃烧系统的燃烧组织
  采用蓄热燃烧技术,不能用传统的方式组织燃烧,燃烧的组织与传统预混和扩散燃烧完全不同。在传统燃烧中,燃料和空气是通过一个烧嘴喷入炉膛的,燃 料和空气有较好的掺混,混合可燃气体在炉膛内形成火焰(图2)。
 
    图2. 传统火焰燃烧
  连续蓄热燃烧技术是专门为间歇式炉研发的蓄热式燃烧技术和控制技术。
  间歇式工业炉的特点是:经常性的开关和温度的升降。对于常规的蓄热式加 热方式,换向时的断火和再点燃,容易在低温段出现未点燃现象。即使在高温段 也可能产生爆燃,如果出现爆炸,就可能出现危险,对操作人员和设备造成危害。
  为此,空气换向,燃料不换向的蓄热式燃烧系统,配合燃烧控制系统和特殊的喷孔设计和火焰稳定系统,保证火焰在任何温度范围内都不熄火。并且,不需要其他的常规的烧嘴的支持。
 
    图3、连续蓄热式燃烧的火焰组织

  连续蓄热燃烧其工作原理图如下所示:
  状态一,空气到达蓄热室一时,与蓄热室一的蓄热体发生热交换,经过预热的高温空气与燃料共同在烧嘴内部混合,在炉膛内进行燃烧,产生的烟气与蓄热室二的蓄热体发生热交换,将大部分热量留给蓄热体,最后低温烟气经过换向阀,被排烟风机排出。经过一定时间(30~200秒)后,电控系统发出指令,换向系统发出动作,空气、烟气、天然气同时换向,燃烧系统切换到状态二。
  状态二,同状态一相似,空气经蓄热室二预热后,与燃料进入燃烧室,燃烧产生的烟气同蓄热室一的蓄热体热交换后排出。
  状态一、状态二交替进行实现蓄热式燃烧。最终降低了排烟温度。最大限度的提高了燃料的利用率。
    状态一
 
    状态二
 
  图1    蓄热式燃烧技术的工作原理

  连续蓄热燃烧技术特点:
  1、   低温点火,低温换向,连续燃烧,不会产生断火和爆炸。
  2、   自动点火和火焰检测。
  3、   比较旋转式的连续式蓄热式燃烧系统,采用高科技蜂窝陶瓷或刚玉质蓄热球作为蓄热材料,热交换效率高,结构简单。
  4、  可以采用脉冲和连续控制方式。有效地降低了控制系统的成本,降低了设备成本。
  5、  连续蓄热燃烧的控温精度比间隙蓄热燃烧系统低,为±l5℃。有效工作区可控制在约±10℃
  在蓄热式燃烧中,空气(和燃料)预热温度很高,采用燃料和空气的掺混燃烧将造成火焰高温点温度太高,还将造成NOx污染物量的急剧升高。因此,蓄热式燃烧需要采用完全不同的燃烧组织方式。具体的做法是让空气和煤气通过相隔一定距离的喷口分别喷入炉膛(图3),扩大其燃烧区域,避免火焰出现高温点,产生弥散燃烧的效果,降低了火焰温度,抑制反应型NOx污染物的产生。这种特殊的燃烧方式将炉膛整体作为一个反应器,燃料和空气的氧化反应遍及整个炉膛,没有传统燃烧方式所具有的可见火焰和其特有的火焰高温区,整个炉内温度十分均匀。这种燃烧方式彻底解决了高预热温度下燃烧所造成的高污染物问题。同时,炉温均匀和消除局部高温改善了加热工艺,提高产品的质量,延长了炉子的寿命。
  2.蓄热式燃烧的优点
  a.炉温更加均匀。
  b.NOX生成量更低。
  c.金属氧化烧损低。
  d.操作简单,技术先进成熟。
  e.节能效益30~50%,投资回收期8个月至1年。
  4.蓄热式燃烧技术的缺点
  a.蜂窝体的使用寿命不高。
  b.先期投入大。
  c.维修费用略高于预热式或其他燃烧方式。
  d.操作人员要求高:具有一定的学历和水平。



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