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高溫空氣燃燒HTAC
來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時間:2021-04-08 |次瀏覽
一個簡單的HTAC系統(tǒng)由成對的燃燒器、蓄熱體和換向閥以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等組成。當B燃燒器工作時，室溫下的助燃空氣被B燃燒器內(nèi)已預(yù)熱的高溫蓄熱體加熱，噴人爐內(nèi)，與燃氣混合燃
高速噴射(90m／s)的燃氣與由蓄熱室預(yù)熱到l600K的空氣混合燃燒時，火焰變得不可見了，但可根據(jù)煙道中低的氧濃度推斷出燃燒反應(yīng)已完成；雖然預(yù)熱溫度很高，但煙道內(nèi)N0x濃度卻不高(低于80ppmv)，這種新的燃燒方式被命名為高溫空氣燃燒(HighTemperatureAircombustion，HTAC)。另外也有研究人員將其稱為“無焰燃燒”(F1amelessCombustion)、“無焰氧化”(F1amelessOxidation，F(xiàn)LOx)、“中度或重度低氧稀釋”燃燒(Moderate&IntenseLow0xygenDilution，MILD)。本文簡要介紹HTAc的系統(tǒng)組成、原理及研究與應(yīng)用動態(tài)。
HTAC工作模式
一個簡單的HTAC系統(tǒng)由成對的燃燒器、蓄熱體和換向閥以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等組成。當B燃燒器工作時，室溫下的助燃空氣被B燃燒器內(nèi)已預(yù)熱的高溫蓄熱體加熱，噴人爐內(nèi)，與燃氣混合燃燒。經(jīng)爐內(nèi)換熱以后，由A燃燒器排出爐外，同時加熱A燃燒器內(nèi)的蓄熱體。經(jīng)過適當時間后，通過換向閥的切換，轉(zhuǎn)為A燃燒器工作、B燃燒器排煙，如此往復(fù)，完成蓄熱、放熱過程。換向的頻率通常設(shè)置為每次20s～120s
HTAC關(guān)鍵設(shè)備-蜂窩陶瓷蓄熱體
蓄熱體是蓄熱式燃燒器的重要組成部分。作為蓄熱介質(zhì)，蓄熱體不耐高溫，而且在沿氣流方向承受較大的熱應(yīng)力(溫度梯度)。實際應(yīng)用中，蓄熱體通常是由氧化鋁和其他便宜的材料合成的，統(tǒng)稱為陶瓷。這些陶瓷的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)通常較小，可保證較高的儲力和較低的散熱率。陶瓷蓄熱體的結(jié)構(gòu)主要分為兩類：一類是用球形陶瓷填充床，如圖2a所示，陶瓷小球是隨機排列的，這種球形填料床的壓降通常較大。另一類是蜂窩結(jié)構(gòu)，如圖2b所示，均勻布滿六邊形或方形孔道，這種結(jié)構(gòu)的比傳熱面比球形陶瓷大，同時質(zhì)量為同等體積球形蓄熱體的一半。此外蜂窩狀流道還具有截面積大、壓力損失小、粉塵堵塞少等點。一個設(shè)計良好的蜂窩陶瓷蓄熱體可將空氣預(yù)熱到很高溫度，高可以比工作溫度低50℃.
蓄熱體是蓄熱式燃燒器的重要組成部分。作為蓄熱介質(zhì)，蓄熱體不耐高溫，而且在沿氣流方向承受較大的熱應(yīng)力(溫度梯度)。實際應(yīng)用中，蓄熱體通常是由氧化鋁和其他便宜的材料合成的，統(tǒng)稱為陶瓷。這些陶瓷的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)通常較小，可保證較高的儲力和較低的散熱率。陶瓷蓄熱體的結(jié)構(gòu)主要分為兩類：一類是用球形陶瓷填充床，如圖2a所示，陶瓷小球是隨機排列的，這種球形填料床的壓降通常較大。另一類是蜂窩結(jié)構(gòu)，如圖2b所示，均勻布滿六邊形或方形孔道，這種結(jié)構(gòu)的比傳熱面比球形陶瓷大，同時質(zhì)量為同等體積球形蓄熱體的一半。此外蜂窩狀流道還具有截面積大、壓力損失小、粉塵堵塞少等點。一個設(shè)計良好的蜂窩陶瓷蓄熱體可將空氣預(yù)熱到很高溫度，高可以比工作溫度低50℃.
燒嘴
工業(yè)爐大多采用擴散式燃燒，擴散式燒嘴的氣流速度較慢。HTAc系統(tǒng)中使用的燒嘴如圖3所示，氣體通過中心管和中心燒嘴進入爐膛，而助燃空氣通過設(shè)置在燃氣燒嘴周圍的孔口射人爐膛，燃氣和助燃空氣幾乎平行，且速度較快，因此動量大，噴射距離長，大量卷吸周圍煙氣，降低反應(yīng)區(qū)的高溫度，從而減少NOx生成；混合燃燒區(qū)域一般在燒嘴的下游，可以形成大的熱氛圍區(qū)域。
燃料適應(yīng)性
雖然HTAC技術(shù)中常使用的燃料是氣，但由于助燃空氣預(yù)熱溫度高，一些以往難以應(yīng)用的低熱值的燃料也可以被HTAC技術(shù)使用，實現(xiàn)高效、減排的目標。意大利Cavigiolo等人發(fā)現(xiàn)，當K，>5并且爐溫度超過800℃時，低熱值的生物質(zhì)氣也可以實現(xiàn)無焰燃燒，煙氣中N0x濃度很低。日本Kawai等人將HTAc技術(shù)應(yīng)用到以煤氣化產(chǎn)生的低熱值氣體為燃料的鍋爐上，降低了N0x排放低，同時具有傳熱性能好、噪聲小等點。荷蘭zhu等人將HTAc技術(shù)應(yīng)用于乙醇噴霧燃燒，并討論了不同氧濃度和爐溫對噴霧燃燒共流條件的影響
高溫空氣燃燒(HTAC)技術(shù)在與傳統(tǒng)工業(yè)爐的
燃燒技術(shù)相比主要特點如下：首先，助燃空氣和煙氣通過蜂窩陶瓷蓄熱體間接交換熱量，輔以對蓄熱體結(jié)構(gòu)和換向頻率的化設(shè)計，效能普遍高于空氣預(yù)熱器。其次，高速噴射出的高溫預(yù)熱空氣能夠在內(nèi)部卷吸煙氣，降低了氧濃度，使溫度分布趨于均勻，溫度峰值降低，減少NOx排放。另外，由于預(yù)熱空氣的熱量大，多的低熱值燃料可以得到應(yīng)用。
