高風(fēng)溫?zé)o焰燃燒鍋爐特性與開發(fā)探討

　在爐膛內(nèi)采用傳統(tǒng)燃燒，即在空氣、富氧（含氧體積濃度大于21%）、甚至純氧的條件下燃燒，因燃料分子在燒嘴附近的較小空間內(nèi)便與足夠多的氧分子相遇，足以在此區(qū)域內(nèi)全部氧化，因此，火焰體積小、存在局部高溫區(qū)、爐膛平均溫度不高、NOx排放濃度大。然而改為在助燃空氣溫度高于800°C、含氧體積濃度低于15%的條件下燃燒，即高風(fēng)溫?zé)o焰燃燒（HighTemperatureAirCombustion簡稱HTAC），因燒嘴附近的氧分子數(shù)量明顯少于傳統(tǒng)燃燒時的氧分子數(shù)量，只有小量的燃料分子在燒嘴附近與氧分子相遇發(fā)生燃燒，而大量的燃料分子須擴(kuò)散到爐膛大空間中才能與氧分子相遇發(fā)生燃燒，因此火焰體積明顯增大，火焰峰值溫度降低，局部高溫區(qū)趨于消失112，爐膛平均溫度提高，爐膛內(nèi)傳熱強(qiáng)化，NOx排放濃度大大降低。高風(fēng)溫?zé)o焰燃燒具有與傳統(tǒng)燃燒截然不同的火焰特性。在日本、西歐等國家，HTAC技術(shù)被認(rèn)為是節(jié)能降污的一項革命性技術(shù)采用電加熱法產(chǎn)生高溫助燃?xì)饬�，用摻混惰性氣體法降低助燃?xì)饬髦泻�氧體積濃度。工業(yè)上實現(xiàn)高風(fēng)溫?zé)o焰燃燒，可用具有爐膛溫度的煙氣經(jīng)過一高效蓄熱體，讓蓄熱體將煙氣顯熱傳遞給室溫空氣，使得空氣升溫到800C以上（接近爐膛溫度）用爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)物作稀釋劑，組織爐膛內(nèi)煙氣再循環(huán)，可經(jīng)濟(jì)地降低爐膛內(nèi)含氧體積濃度。

　　報道了一種結(jié)合分區(qū)燃燒及爐內(nèi)煙氣再循環(huán)的新型蓄熱式燒嘴，其原理見�？諝獗桓咝�蓄熱體預(yù)熱后，從室溫升高到800C以上，達(dá)到燃燒所需的高溫助燃?xì)饬鞯臈l件。燃料分一次燃料和二次燃料2路送入爐膛。為更有效地控制爐膛內(nèi)燃燒氣流含氧體積濃度，在空氣預(yù)熱后進(jìn)爐前，先混合少量的一次燃料，讓其發(fā)生普通空氣燃燒（傳統(tǒng)燃燒）消耗掉空氣中的部分氧氣�？諝馐軣崤蛎浐螅���(jīng)優(yōu)化設(shè)計的噴嘴以較大的速度噴入爐膛，劇烈引射周圍靜止氣體或低速氣流，形成回流區(qū)，使得助燃?xì)饬�、煙氣及大量的二次燃料在爐膛內(nèi)均勻地混合，達(dá)到燃燒所需的低氧體積濃度的條件。

　　HTAC鍋爐燒嘴的HTAC鍋爐主要結(jié)構(gòu)有爐膛、成對的結(jié)構(gòu)相同的蓄熱式燒嘴、控制空氣與煙氣流道周期性的切換閥。燒嘴蓄熱體分別設(shè)置在助燃?xì)饬魅肟谕ǖ篮蜔煔獬隹谕ǖ郎�，水管均勻地布置在爐膛內(nèi)腔四周。

　　爐膛燃燒熱量絕大部分被鍋爐水管里的水帶走，剩余部分只能讓燃燒產(chǎn)物升溫200K左右。燒嘴周期性交替工作，實現(xiàn)煙氣余熱的高效回收和空氣的高溫預(yù)熱。助燃?xì)饬髁魅霠t膛口和煙氣流出爐膛口的數(shù)量和位置，影響爐膛內(nèi)均勻氣流的組織和管理難度。當(dāng)2氣流進(jìn)出口較近時，可將2蓄熱體變成空氣一煙氣型高效換熱器。由于爐內(nèi)有煙氣再循環(huán)，爐膛內(nèi)要求微正壓運(yùn)行，傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)蓄熱式換熱器因漏損而難以滿足需要。另外也可將眾多的燒嘴在爐外集中到一處，如所示，由切換閥（四通閥或電磁閥）控制2氣流通道周期性切換，但加大了組織爐膛內(nèi)均勻氣流的難度。若將2氣流進(jìn)出口在爐外對稱設(shè)置雖易于實現(xiàn)爐內(nèi)均勻氣流的組織，但難于管理。為此借鑒蓄熱式加熱爐結(jié)構(gòu)將其稱為極限換熱）遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的熱回收率。

　　3.2低NOx污染傳統(tǒng)燃燒爐膛內(nèi)存在局部高溫區(qū)，火焰有峰值溫度，爐膛平均溫度低，熱力型NOx主要在局部高溫區(qū)生成。在HTAC爐膛里，局部高溫區(qū)趨于消失，爐膛平均溫度提高，但低于生成NOx的臨界溫度1400~1500°C，故將有效地減少NOx的生成。HTAC鍋爐為創(chuàng)造一種經(jīng)濟(jì)的低氧體積濃度的條件，還采用了分區(qū)燃燒和煙氣再循環(huán)等低NOx污染技術(shù)大大地抑制NOx的生成和降低NOx的排放。從蓄熱式燒嘴工作原理可知，一次燃料進(jìn)行傳統(tǒng)燃燒，存在NOx污染，故需控制一次燃料的流量。一次燃料和二次燃料流量比例、爐內(nèi)均勻的溫度場和速度場及濃度場是控制NOx生成的關(guān)鍵蕭澤強(qiáng)。高風(fēng)溫?zé)o焰燃燒（HTAC）技術(shù)在日。歐幾國的開發(fā)應(yīng)用近況。中南工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理與熱能工程系，1999.蕭澤強(qiáng)，蔣紹堅，周子民。高溫低氧空氣燃燒過程實驗研究和數(shù)值模擬。高溫空氣燃燒新技術(shù)講座。北京：1999.吳道洪，謝善清，楊澤末。蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)在我國冶金行業(yè)的推廣應(yīng)用kr2d