浅谈蓄热式燃烧嘴的设计

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  摘要:本文介绍蓄热室几个主要参数的确定方法,以及在实际计算的应用。
  1前言
  高效蓄热式烧嘴是一种新型高效节能、环保燃烧装置,该烧嘴工作时可使空气预热温度接近烟气入口温度(1000℃以上),排烟温度可降至250℃以下,热回收率80%以上,在工业炉窑上使用可节约燃料55%左右,比一般间壁式余热回收装置多节约燃料25~30%,从而使炉子的热效率大幅提高。由于空气预热温度提高,所以火焰温度也在相应提高,火焰辐射能力加大,加热速度变快,工业炉窑的生产效率可提高10~15%。由于以上原因,炉子的废气量减少,环保效果十分明显。蓄热式烧嘴使用过程中点火方便,燃烧完全、火焰稳定、铺展性好,在以油为燃料时,蓄热过程油路断开,雾化介质常通,所以不结焦。蓄热式烧嘴适合于冶金、石化、建材、机械等行业中的加热炉、熔化炉及热处理炉。蓄热式烧嘴适用于各种高、低热值的煤气,各种液体燃料(柴油、重油、焦油)。
  2蓄热式烧嘴简介
  蓄热式烧嘴主要由蓄热室、蓄热体、天燃气烧嘴、点火枪、UV火焰监测器等组成。通过空燃比优化设计,使燃烧更充分,最大限度的节约燃料。蓄热体采用陶瓷小球,阻力小,便于拆下清洗,反复使用,蓄热效率高。两台蓄热式烧嘴(2支烧嘴)组成一对使用。
  2.1烧嘴
  烧嘴采用空气、天然气组合式, 由空气蓄热室、天然气烧嘴组合而成,蓄热式烧嘴的设计既要考虑低热值燃气的燃烧混合问题, 又要保证天然气的完全燃尽, 同时实现炉膛温度的均匀性, 因此采用双流动蓄热式烧嘴形式。
  燃烧喷口是燃烧系统的关键部位, 合理的燃烧组织有赖于此, 在燃烧组织上既要确保燃气在炉内充分燃烧, 不会在对面的蓄热体内继续燃烧而对其造成损坏, 同时又要合理促成低氧燃烧的实現, 避免出现局部的高温过热; 既强化炉温的均匀性, 减少NO x 等有害气体的生成, 又减小高温下脱碳的发生。因此, 在喷口设计上要选择最优的气体出口速度和混合喷射角度。
  燃料在喷口处边混合边燃烧, 空气、天然气在喷出过程中卷入周围的炉气, 稀释空煤气浓度, 低氧燃烧, 使烟气中NO x 的产生大大降低, 减少了有害气体的排放量。
  2.2 蓄热体
  3蓄热式烧嘴工作原理
  蓄热式烧嘴又称单预热陶瓷球蓄热式烧嘴。这种烧嘴采用陶瓷蜂小球作为蓄热体,空气与燃料气流斜交混合。其工作原理,从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器B后,在经过蓄热式烧嘴B陶瓷球时被加热,在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉温低50-100℃),被加热的高温热空气进入炉膛后,卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流,同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气),燃料在贫氧(2-20%)状态下实现燃烧;与此同时,炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式烧嘴A排入大气,炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴A时,将显热储存在蓄热式烧嘴内,然后以低于250℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换,使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态,从而达到节能和降低NOx排放量等目的,常用的切换周期为30-200秒。如此周而复始变换,通过蓄热体这一媒介,排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热,被充分回收利用。
  蓄热小球的使用寿命为1~2年。视使用情况可清理。将小球由出球口去出。用压缩空气吹干净后再重新装入蓄热箱内使用即可。
  5结语
  蓄热室的设计是跟你换热计算方式,以烟气和空气在一个周期内的平均温度为特性温度。设定被预热空气的出口温度,计算一个周期内空气所需的热量;按热量平衡计算出高温烟气的出口温度,验证预热空气出口温度是否满足要求;计算对数平均温差;为了减少计算繁琐根据资料和经验选取综合换热系数;根据热交换量和综合换热系数计算出蓄热室换热面积,计算蓄热室装球重量;最终计算蓄热室几何尺寸。
  国内蓄热式燃烧嘴发展很快, 现在还不能讲哪一种形式是最先进、最成熟的, 都多少存在一些问题, 蓄热体的寿命、烧嘴的寿命都有待提高等, 但蓄热式烧嘴是一种发展方向。
  参考文献
  [1]机械工业部设计研究院.工业炉设计手册. 北京.机械工业出版社,2000.6
  [2]铝加工技术实用手册。北京.冶金工业出版社,2004.12
  [3]冶金工程设计第3册机电设备与工业炉窑。北京.冶金工业出版社,2005.12
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