高風溫無焰燃燒鍋爐特性與開發(fā)探討

在爐膛內采用傳統(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便與足夠多的氧分子相遇，足以在此區(qū)域內全部氧化，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，即高風溫無焰燃燒（HighTemperatureAirCombustion簡稱HTAC），因燒嘴附近的氧分子數量明顯少于傳統(tǒng)燃燒時的氧分子數量，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，爐膛內傳熱強化，NOx排放濃度大大降低。高風溫無焰燃燒具有與傳統(tǒng)燃燒截然不同的火焰特性。在日本、西歐等國家，HTAC技術被認為是節(jié)能降污的一項革命性技術采用電加熱法產生高溫助燃氣流，用摻混惰性氣體法降低助燃氣流中含氧體積濃度。工業(yè)上實現高風溫無焰燃燒，可用具有爐膛溫度的煙氣經過一高效蓄熱體，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）用爐膛內燃燒產物作稀釋劑，組織爐膛內煙氣再循環(huán)，可經濟地降低爐膛內含氧體積濃度。

　　報道了一種結合分區(qū)燃燒及爐內煙氣再循環(huán)的新型蓄熱式燒嘴，其原理見�？諝獗桓咝�蓄熱體預熱后，從室溫升高到800C以上，達到燃燒所需的高溫助燃氣流的條件。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燃燒氣流含氧體積濃度，在空氣預熱后進爐前，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�經��(yōu)化設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)，使得助燃氣流、煙氣及大量的二次燃料在爐膛內均勻地混合，達到燃燒所需的低氧體積濃度的條件。

　　HTAC鍋爐燒嘴的HTAC鍋爐主要結構有爐膛、成對的結構相同的蓄熱式燒嘴、控制空氣與煙氣流道周期性的切換閥。燒嘴蓄熱體分別設置在助燃氣流入口通道和煙氣出口通道上，水管均勻地布置在爐膛內腔四周。

　　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物升溫200K左右。燒嘴周期性交替工作，實現煙氣余熱的高效回收和空氣的高溫預熱。助燃氣流流入爐膛口和煙氣流出爐膛口的數量和位置，影響爐膛內均勻氣流的組織和管理難度。當2氣流進出口較近時，可將2蓄熱體變成空氣一煙氣型高效換熱器。由于爐內有煙氣再循環(huán)，爐膛內要求微正壓運行，傳統(tǒng)的回轉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均勻氣流的難度。若將2氣流進出口在爐外對稱設置雖易于實現爐內均勻氣流的組織，但難于管理。為此借鑒蓄熱式加熱爐結構將其稱為極限換熱）遠超過傳統(tǒng)的熱回收率。

　　3.2低NOx污染傳統(tǒng)燃燒爐膛內存在局部高溫區(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)造一種經濟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、爐內均勻的溫度場和速度場及濃度場是控制NOx生成的關鍵蕭澤強。高風溫無焰燃燒（HTAC）技術在日。歐幾國的開發(fā)應用近況。中南工業(yè)大學應用物理與熱能工程系，1999.蕭澤強，蔣紹堅，周子民。高溫低氧空氣燃燒過程實驗研究和數值模擬。高溫空氣燃燒新技術講座。北京：1999.吳道洪，謝善清，楊澤末。蓄熱式高溫空氣燃燒技術在我國冶金行業(yè)的推廣應用kr2d