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目前,我國的資源和環境問題日益突出,迫切要求高能耗行業推行高效、清潔的燃燒技術。蓄熱式燃燒技術,又稱高溫空氣燃燒技術,是20世紀90年代在發達我國開始推廣的一項新型的燃燒技術,它具有高效煙氣余熱回收、空氣和煤氣預熱溫度高以及低氮氧化物排放的優越性,主要用于鋼鐵、冶金、機械、建材等工業部門中,并已出現迅猛發展的勢頭。至今我們在蓄熱式焚燒爐(RTO)等VOCs廢氣處理設備上已有了自己的一些Zhuanli(Zhuanli號見頁面下方或者漢藍Zhuanli),并且在國內有了相對廣泛的應用,取得了相當的經濟效益。
關鍵部件
1 蓄熱體 蓄熱體是高溫空氣燃燒技術的關鍵部件,其主要技術指標如下:
(1)蓄熱能力:單位體積蓄熱體的蓄熱量要大,這樣可減小蓄熱室的體積,需要通過材料的比熱CP來衡量。(2)換熱速度:材料的導熱系數λ可以反映固體內部熱量傳遞的快慢,導熱系數大可以迅速地將熱量由表面傳至中心,充分發揮蓄熱室的能力;高溫時,材料輻射率可表征氣體介質與蜂窩體熱交換的強弱。(3)熱震穩定性:蓄熱體需要在反復加熱和冷卻的工況下運行,在巨大溫差和高頻變換的作用下,很容易脆裂、破碎和變形等,導致氣流通道堵塞,壓力損失加大,甚至無法繼續工作。(4)抗氧化和腐蝕性:有些材料在一定的溫度和氣氛下發生氧化和腐蝕,會堵塞氣體通道,增加流通阻力。(5)壓力損失:在氣體通過蜂窩體通道時,會產生摩擦阻力損失,在流經兩塊蜂窩體交界面時因流通面積突變和各個通道之間可能發生交錯而產生局部阻力損失;前者對傳熱有利,后者對傳熱是不利的,因此應盡力減少局部阻力損失來降低風機的動力消耗。(6)經濟性:它是一個重要的指標,一種蜂窩體如果各種性能都好,但成本很高,推廣和應用會受到限制。
2 換向閥
由于必須在一定的時間間隔內實現空氣、煤氣與煙氣的頻繁切換,換向閥也成為與余熱回收率密切相關的關鍵部件之一。盡管經換熱后的煙氣溫度很低,對換向閥材料無特殊要求,但必須考慮換向閥的工作壽命和可靠性。因為煙氣中含有較多的微小粉塵以及頻繁動作,勢必對部件造成磨損,這些因素應當在選用換向閥時加以考慮。如果出現閥門密封不嚴、壓力損失過大、體積過大、密封材料不易更換、動作速度慢等問題,會影響系統的使用性能和節能效果。

3 燒嘴
燒嘴的設計原則是不能讓空氣和煤氣混合得太快,這樣容易形成局部高溫,但也不能混合得太慢,防止煤氣在蓄熱室出現“二次燃燒”甚至燃燒不充分。為了保證燃料在低氧氣氛中燃燒,必須在設計其供給通道時,考慮燃料和空氣在空間的擴散、與爐內煙氣的混合和射流的角度及深度,而這些參數應根據加熱裝置尺寸、加熱工藝要求、燃料種類、燒嘴大小、預熱溫度和空煤氣壓力等因素來確定。
蓄熱式燃燒技術又被稱為“高溫稀薄燃燒”技術。實現這種低氧燃燒的有效途徑之一是:合理的布置燒嘴的位置和數量以及各個燃燒單元的相對位置關系和換向方式,有效地組織爐膛內氣流的流動,依靠預熱后空氣和煤氣射流的高速卷吸,使爐內產生大量煙氣回流。一般來說,射流的速度越大,爐內的卷吸和回流作用越強烈,就越有利于實現低氧的氣氛,而這種相對很低的煤氣和氧氣濃度降低了平均燃燒速度,拓展了燃燒邊界,形成了均勻的溫度場,并降低了NOx的排放。