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高溫空氣燃燒HTAC
來(lái)源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-04-08 |次瀏覽
一個(gè)簡(jiǎn)單的HTAC系統(tǒng)由成對(duì)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(dāng)B燃燒器工作時(shí)，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?xì)饣旌先?/div>
高速噴射(90m／s)的燃?xì)馀c由蓄熱室預(yù)熱到l600K的空氣混合燃燒時(shí)，火焰變得不可見(jiàn)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(wú)焰燃燒”(F1amelessCombustion)、“無(wú)焰氧化”(F1amelessOxidation，F(xiàn)LOx)、“中度或重度低氧稀釋”燃燒(Moderate&IntenseLow0xygenDilution，MILD)。本文簡(jiǎn)要介紹HTAc的系統(tǒng)組成、原理及研究與應(yīng)用動(dòng)態(tài)。
HTAC工作模式
一個(gè)簡(jiǎn)單的HTAC系統(tǒng)由成對(duì)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(dāng)B燃燒器工作時(shí)，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?xì)饣旌先紵＝?jīng)爐內(nèi)換熱以后，由A燃燒器排出爐外，同時(shí)加熱A燃燒器內(nèi)的蓄熱體。經(jīng)過(guò)適當(dāng)時(shí)間后，通過(guò)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(guò)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(shí)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(chǔ)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(jī)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(shí)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(diǎn)。一個(gè)設(shè)計(jì)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(shí)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(chǔ)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(jī)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(shí)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(diǎn)。一個(gè)設(shè)計(jì)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(kuò)散式燃燒，擴(kuò)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(guò)中心管和中心燒嘴進(jìn)入爐膛，而助燃空氣通過(guò)設(shè)置在燃?xì)鉄熘車目卓谏淙藸t膛，燃?xì)夂椭伎諝鈳缀跗叫?，且速度較快，因此動(dòng)量大，噴射距離長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)高效、減排的目標(biāo)。意大利Cavigiolo等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)K，>5并且爐溫度超過(guò)800℃時(shí)，低熱值的生物質(zhì)氣也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)具有傳熱性能好、噪聲小等點(diǎn)。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(duì)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(diǎn)如下：首先，助燃空氣和煙氣通過(guò)蜂窩陶瓷蓄熱體間接交換熱量，輔以對(duì)蓄熱體結(jié)構(gòu)和換向頻率的化設(shè)計(jì)，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。
