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          高溫低氧燃燒技術的關鍵設備

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          2021-03-02 14:49

          為了克服能源利用率偏低和能源生產、消費中污染物大量排放等問題,如NOX,SO2,CO2以及近幾年引起較大注意的N2O等,它們是產生光化學霧、酸雨、溫室效應和臭氧層破壞的原因。近年來在改進燃燒方式方面,正在開 發、應用低溫富氧燃燒技術和高溫低氧燃燒技術。常規燃燒方式中氧氣濃度為21%,入爐空氣溫度20~450℃,燃燒溫度(爐溫)1200~1400℃;低溫富氧燃燒是通過空氣膜分離,使氧氣濃度提高到28%~30%,而燃燒溫度可降低到800~1000℃;高溫低氧燃燒則是通過 特 殊裝置,使入爐空氣溫度提高到800℃(有的可高達1250℃)以上其氧氣濃度低于15%(有的可低達3%~5%),改變火焰結構,從而使爐溫均勻、NOX生成減少、噪音降低、能源消耗減少。高溫低氧燃燒常被稱為高溫空氣燃燒技術,其核心是熱循環再 生燃燒系統,主要由高 效熱交換器(熱再 生媒體)、燃燒器、快 速切換閥組成,本文就熱交換器進行了一些計算和討論。

            

          1、高溫空氣燃燒技術
            1.1、高溫空氣燃燒的目的
            高 性 能工業用爐開 發項目的具體目標:削減30%以上的CO2排放量(節能);低NOX及低燃燒噪音;同時完成設備小型化。
            以原有技術常識而言,因它們處于互相制約的關系,三者同時達成被認為是不可能的事。這三點有可能同時實現的方法是運用高溫空氣燃燒爐。所謂的高溫空氣燃燒是把吹進燃燒爐的空氣預熱到比原來高得多的1000℃以上,而且向維持著低氧濃度的高速噴流中吹入燃料(二次燃料)。通過實驗對高溫空氣燃燒已認清了以下問題。
           ?。?)隨著溫度的高溫化出現的燃燒特性是,效率雖上升,但火焰溫度的上升是局部性,NOX濃度卻急劇增加。
           ?。?)高溫空氣燃燒可達到:低NOX;低噪音;火焰溫度平坦化等在實用中的幾乎各種特性。
           ?。?)在高溫且低氧空氣的燃燒中,以前幾乎看不到的以C2發光為中心的綠色火焰(greenflame)變旺。
            以往傳熱的計算是憑經驗,如果基于科 學的演繹式確立新的傳熱計算法,并把它應用于高溫空氣燃燒,那就很有可能使先 進的工業用爐誕生。為進行高溫空氣燃燒,所需要的高溫空氣是用1980年左右就已實用化的短時間轉換式蓄熱器(burner)預熱。在日本,1995年以后這種蓄熱器迅 速普及,在鋼鐵用加熱爐、熱處理爐、鋁熔解爐以及輻射發熱管(radianttube)等廣為利用。RTO蓄熱燃燒設備正在成為各企業自愿節能的重要支柱。
            1.2高溫空氣燃燒的原理與效果
            燃燒空氣的高速噴流在爐內形成的氣體再循環使爐內溫度平坦化,從而為使用高溫空氣時抑 制有局部出現高溫域變成可能。另外由氣體循環的強 化或因燃燒分散出現的高溫或低氧空間的燃燒,其溫度勢(temperaturepotential)雖然高但其火焰體積大、溫度梯度及濃度梯度均小,是一種均一化及平滑化的燃燒2。由于助長了聚合反應,預料在高溫燃燒領 域實現低NOX化也有可能。一旦爐內溫度達到平坦化,平均爐溫就趨高溫化,單位傳熱面積的傳熱能力也增加,這些將使熱設備有可能實現小型化。
            1.3高溫空氣燃燒的影響
            現在高溫空氣燃燒技術也正在工業用爐以外的領 域 開 發應用。雖然這技術將導致大幅度削減二氧化碳及NOX;然而迄今為止尚未解明其真 正的基礎理論,以致無法實現廣泛的應用。據日本工業用爐協會估計,為維持1990年二氧化碳發生量水準,僅工業用爐改 善這一項在2010年就可望實現二氧化碳削減量約占35%。開 發成果的實用化和普及化,不僅 有助于防止地球暖化,而且對提高經濟效益也大有好處。

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