蓄热式高温空气燃烧技术的应用
蓄热式高温空气燃烧技术的应用
吴道洪欧俭平谢善清杨泽耒王汝芳萧泽强
关键词：蓄热室，高温空气，换向阀，燃烧，氮氧化物
摘要：本文简述了蓄热式高温空气燃烧技术的原理、技术优势以及在我国的应用前景，着重介绍我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究进展及其在我国工业加热行业的推广应用与发展情况。
1 前言
高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术，在西欧一些国家简称为HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技术，亦称为无焰燃烧技术(Flameless combustion)。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度(体积)气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高达95%，热回收率达80%以上的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰。它具有高效节能和超低NOX排放等多种优点，又被称为环境协调型燃烧技术[1-2]。
高温空气燃烧技术自问世起，立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益[3]。
2 HTAC技术的发展
国内外各种工业炉和锅炉的节能技术发展都经过了废热不利用和废热开始利用的两个阶段。在最原始的年代，炉子废热不利用，炉尾烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在30% 以下，如图1所示。
从六七十年代开始，国内外较普遍地采用了一种在烟道上回收烟气的装置—空气预热器(或称空气换热器)来回收炉尾烟气带走的热量，如图2所示。
采用这种办法可以降低烟气温度，增加进入炉膛的助燃空气的温度，这样做达到了一定的节能效果，但仍存在以下问题：(1)其回收热量的数量有限，炉子热效率一般在50%以下；(2)空气预热器一般采用金属材料和陶瓷材料，前者寿命短、后者设备庞大、维修困难；(3)从燃烧器的角度来看，助燃空气的温度提高以后，火焰区的体积越来越小，火焰中心的温度也越来越高，炉膛内存在局部的高温区，这样对于工业炉来说，容易使加热制品局部过热，也影响了工业炉的局部炉膛耐火材料和炉内金属构件的寿命，对于锅炉来说影响其换热效率和水冷
壁的寿命，甚至引起爆管等事故；(4)助燃空气温度的增高导致火焰温度增高，NOX的排放量大大增加(甚至可以达到103ppm以上)，对大气环境造成了严重的污染。
图1 废热不利用的炉子示意图图2 安装空气预热器的炉子示意图
八十年代初，美国的British Gas公司与Hot Work公司开发出一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的蓄热式燃烧器，产生了高温空气条件下的“第一代再生燃烧技术”，用于小型玻璃熔窑上。其后，这种燃烧器被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业中，尽管这种燃烧器具有NOX排放量大和系统可靠性等问题，但由于它能使烟气余热利用达到接近极限的水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以推广应用。
进入九十年代以后，国内外学术界将蓄热式燃烧器的节能与环保相抵触的难题提到科技攻关的地位，对其进行了深入的基础性研究，旨在同时达到节能和降低CO2、NOX排放。日本工业炉株式会社田中良一领导的研究小组采用热钝性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，取得了很好的效果[1]。由于能高效回收烟气余热的蓄热材料和高频换向设备问题的解决，产生了高温低氧条件下的“第二代再生燃烧技术”即现在所谓的“高温空气燃烧技术”。
3 蓄热式高温空气燃烧技术的原理及技术优势
蓄热式高温空气燃烧技术的原理如图3所示。
图3 安装蓄热室的炉子
当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100°C)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体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)，这样燃料在贫氧(2~20%)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热储存在蓄热体内，然后以150~200°C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，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。蓄热式高温空气燃烧技术的诞生使得工业炉炉膛内温度分布均匀化问题、炉膛内温度的自动控制手段问题、炉膛内强化传热问题、炉膛内火焰燃烧范围的扩展问题、炉膛内火焰燃烧机理的改变等问题有了新的解决措施。
由上所述，蓄热式空气燃烧技术的主要优势在于：(1)节能潜力巨大，平均节能25% 以上。因而可以向大气环境少排放二氧化碳25% 以上，大大缓解了大气的温室效应。(2)扩大了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度均匀，这样一方面提高了产品质量，另一方面延长了炉膛寿
命。(3)对于连续式炉来说，炉长方向的平均温度增加，加强了炉内传热，导致同样产量的工业炉其炉膛尺寸可以缩小20% 以上，换句话说，同样长度的炉子其产品的产量可以提高20% 以上，大大降低了设备的造价。(4)由于火焰不是在燃烧器中产生的，而是在炉膛空间内才开始逐渐燃烧，因而燃烧噪声低。(5)采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中NOX含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度非常高的情况下，NOX含量却大大减少了。(6)炉膛内为贫氧燃烧，导致钢坯氧化烧损减少。(7)炉膛内为贫氧燃烧，有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶瓷烧成等工艺要求，以满足某些特殊工业炉的需要。
4. 我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究
4.1 高温空气燃烧技术的机理研究[1，4-6]
1999年10月，在萧泽强教授的积极倡导下，北京神雾科技有限公司作为主要支持单位之一与中国科学技术协会工程学会联合会在北京举办了“高温空气燃烧新技术国际研讨会”。自此，“高温空气燃烧技术”的概念正式传入我国并引起我国科技工作者的高度重视。清华大学、中南大学、东北大学、北京神雾科技有限公司等科研院所对高温空气燃烧的机理和低污染特征进行了一系列研究。
高温空气燃烧技术的基本思想是让燃料在高温低氧体积浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高、热回收率高的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。
这种燃烧方式一方面使燃烧室内的温度整体升高且分布更趋均匀，使燃料消耗显著降低。降低燃料消耗也就意味着减少了CO
2
等温室气体的排放。另一方面
抑制了热力型氮氧化物(NO
X )的生成。氮氧化物(NO
X
)是造成大气污染的重要来源
之一，各工业企业都在设法降低NO
X 的排放。NO
X
主要有热力型和燃料型。HTAC
烧嘴主要采用气体燃料，其中含氮化合物少，因此燃料型NO
X
生成极少。由热力
型NO
X 生成速度公式[1]可知，NO
X
的生成速度主要与燃烧过程中的火焰最高温度及
氮、氧的浓度有关，其中温度是影响热力型NO
X
的主要因素。在高温空气燃烧条
件下，由于炉内平均温度升高，但没有传统燃烧的局部高温区；同时炉内高温烟气回流，降低了氮、氧的浓度；此外，气流速度大，燃烧速度快，烟气在炉内停
留时间短。因此NO
X
排放浓度低。
5 蓄热式高温空气燃烧技术在我国的发展
2002年，全国的钢产量达1.8亿吨，全国冶金行业的加热炉达千座以上，年处理钢坯可达2亿吨，目前我国轧钢加热炉的平均能耗为60Kg标煤/吨钢，国际先进水平的加热炉平均燃料单耗为51kg标煤/吨钢。表1列出了日本NKK钢管公司
福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉1996年采用HTAC技术前后的技术参数[7]。
从表1参数不难看出，日本NKK钢管公司福山热轧厂改造前的平均能耗为48.6kg 标煤/吨钢，比我国的轧钢加热炉少耗能19% ；而改造后NKK公司的轧钢加热炉又比改造前节能25% 。按我国每年加热钢坯1亿吨计算，全国的轧钢加热炉改造后达到平均能耗40kg标煤/吨钢，相当于平均节能33% ，改造后全国钢铁行业仅轧钢加热炉一项每年可少消耗200万吨标煤，另外，热处理炉、钢包、中间包烘烧器等设备由于工艺上的特殊性，目前的能源利用率更差，其节能的潜力将更大。此外，还将对钢铁行业降低氧化烧损、减少环境污染、降低设备造价，增加单炉产量等方面起到重要的作用。
表1 230吨/小时热轧步进式加热炉采用HTAC技术前后的技术参数
综上所述，新型蓄热式技术应用在工业炉上可以获得显著的节约能源和减少环境污染的效果。我国工业炉窑种类繁多，数量巨大，在我国推广应用这项新技术，将会带来巨大的经济效益和社会效益。北京神雾公司自1995年底成立以来，利用自己研制开发的新型节能燃油、燃气燃烧器已在全国冶金、机械、石化、陶瓷、玻璃、火力发电等行业的近八百余家企业的各种工业炉和锅炉上推广了WDH系列节能燃烧器，因此对这些行业的工业炉和锅炉的设备状况有了较全面的了解。从1996年开始，本公司积极跟踪国外的先进技术，组织了燃烧、工业炉、热工自动控制、机械等方面的技术专家集中对蓄热式高温空气燃烧技术在工业炉和锅炉上的应用进行开发研究。由于该技术的推广应用不单纯是一个燃烧问题，尤其在工业炉领域，由于工业炉种类繁多，工艺要求千差万别，如果不与具体的工业炉工艺要求相匹配，就不可能开发出实际应用的成熟产品。通过几年的开发研究，在钢铁、机械及有色金属工业的各种工业炉上的应用研究进展较大，本公司已能为企业提供成熟的技术。在此，以轧钢加热炉为例，对我公司开发的技术作一介绍。
5.1空气、煤气双预热
我国多数轧钢加热炉使用发热值较低的混合煤气、转炉煤气甚至高炉煤气作为燃料。在燃用低热值煤气的情况下，如果单预热空气，对废气余热的回收是不充分的。燃用低热值煤气和高热值煤气，单预热空气和空气、煤气双预热时对废气余热的回收利用情况参见表2 。
由表2可以看出，在燃混合煤气的情况下，如果只预热空气，仍有约34% 的可回收热没有得到利用，这是很可惜的；同时也可以看出，燃用低热值煤气时，空气和煤气双预热的效果，比燃用高热值煤气时双预热的效果大.此外，燃用低热值煤气时空气和煤气双预热，炉子的烟气可以全部经空气蓄热室和煤气蓄热室排出，炉子无须设置排多余高温烟气的烟道和烟囱，使炉子的构造和布置简单化。
回答人的补充 2009-10-29 12:03
表2 几种情况下废气余热回收率的比较
另一方面，煤气和空气双预热，可以使高炉煤气达到足够高的燃烧温度，因而为加热炉单一使用发热值很低的高炉煤气创造了条件，这样可以使钢铁厂副产品——高炉煤气得到更充分的利用。
空、煤气双预热的加热炉，分别设置空气蓄热室和煤气蓄热室以及相应的空气换向阀和煤气换向阀，经空气换向阀排出的烟气和经煤气换向阀排出的烟气由各自的引风机抽出。
蓄热式空、煤气双预热的推钢式加热炉和步进式炉简图见图5与图6。
图5 蓄热式推钢加热炉简图
图6 蓄热式步进加热炉简图
5.2蓄热室的群合式配置
所谓蓄热室的群合式配置，即1个空气蓄热室以及1个煤气蓄热室对应一群烧嘴，而不是1个蓄热室对应1个烧嘴，其组合形式参见图7。群合式布置方式可以简化管路系统和减少换向装置数量，燃烧自动控制系统也简化了，特别是在空、煤气双预热的情况下，这些优点更显突出。蓄热室布置在炉子两侧，一般每侧分别设4~6个空气蓄热室和煤气蓄热室。推钢式连续加热炉将蓄热室直接放在炉底下面，而步进式加热炉则将蓄热室摆放在炉墙外侧。
图7 群合式蓄热室布置图图8 蓄热室群合式布置的烧嘴结构
5.3集中换向装置
在群合式配置蓄热室的基础上，换向阀的配置进一步集中，采取多个蓄热室配一个换向阀。其管路系统参见图9。
为开发蓄热式加热炉，我公司专门投入人力、物力研制开发出了加热炉专用的升降开闭式四通换向阀，其原理结构参见图10。
空气或煤气与烟气在阀内分流并定时换向，阀中采取特殊结构使每个阀板紧密关闭，保证可靠密封。采用气缸或液压缸驱动，均带有缓冲性能，以保证开关阀门稳定及减小冲击。阀门4个进出风口通径最大达700 mm。每个进出风口可有3~4个方向任意设置，因此在现场安装十分方便，可以安放在炉旁，也可以装在炉顶之上。
图9 集中换向装置管路系统图图10 四通换向阀简图
换向时间以定时控制为主，在出蓄热室的烟气温度超温的情况下，则根据温度信号强制换向，换向时间一般为1.5~3.0分钟。
5.4燃烧器的布置
燃烧器布置在炉子的两侧，两侧的烧嘴交替进行燃烧和排烟。燃烧过程主要在炉内进行，高速气流使炉内气体产生很强的搅混作用，炉内气流的主导流向是从一侧到另一侧，并且不断的正反变向，这些特点都使得炉膛宽度方向温度均匀化，有利于提高钢坯长度方向加热均匀性，因此蓄热式燃烧器布置在侧墙上完全克服了一般侧烧嘴固有的缺点，尤其是炉膛宽度大的炉子，在炉子侧向布置蓄热式燃烧器的优点更加突出。
燃烧器几乎沿整个炉长均匀布置，取消了传统的推钢式和步进式连续加热炉的不安装烧嘴的预热段，这样能充分发挥整个炉子的加热作用。炉长方向的炉温制度不再是明显的三段式炉温制度，但仍然可以分为几个加热区，可根据加热的品种和产量灵活调整各段的温度。燃烧器设置的数量，根据炉子热负荷的分配以及适当的燃烧器间距来确定。为了起炉的需要，还在炉子的适当位置布置一定数量的常规烧嘴。蓄热式加热炉中烧嘴的布置方式见图11。
图11 蓄热式烧嘴的布置方式
5.5空气、煤气和排烟系统
空气和煤气总管连接各自的换向阀，换向阀后分两路连接到炉子两侧的蓄热室，从蓄热室出来再分若干路连接到各个燃烧器。空、煤气管路系统设有流量测量和调节装置，流量分配调节装置和安全装置等。空气和煤气的供给压力，应考虑包括换向阀和蓄热室在内的整个系统的阻力损失，因此按可靠的依据确定换向阀和蓄热室的阻力损失十分重要。
烟气从蓄热室出来，温度已降至200℃左右，所以可以直接经空、煤气的金属管道流经换向阀，经过换向阀后的烟管、排烟机和烟囱排入大气。经煤气换向系统和空气换向系统的烟气分别有各自的排烟机抽引排出。排烟机的能力根据烟气量和烟气流路的系统阻力确定，所以正确确定烟气流经换向阀和蓄热室时的阻力也是很重要的。烟管上设置调节装置，用以控制炉膛压力。
如上所述，蓄热式炉的设计在许多方面有别于普通炉子的设计，我们在这方面的技术开发取得了重大成果，我们将继续努力，使这项技术不断达到新的水平。
6 蓄热式高温空气燃烧技术在工业炉窑中的应用及效果
6.1 神雾蓄热式工业炉的主要应用业绩
北京神雾科技公司为推广高温空气燃烧技术在中国的应用作了积极的努力，已将该项技术推广应用到冶金、能源、机械加工、化工等多个领域，并成功实现了燃
油炉的蓄热式改造，热回收效率高的蜂窝型蓄热体得到了大量使用，空气-煤气双预热技术也得到了大力发展，低热值燃料得到了有效利用。
6.2 应用效果的案例分析
(1)邯郸钢铁公司中板厂蓄热式板坯加热炉
2000年12月，神雾公司完成了对邯钢中板厂板坯加热炉的蓄热式改造，改造后效果显著。该厂委托北京科技大学对该蓄热式加热炉进行热平衡测试，测试结果见下表[8]。
连续加热炉热平衡表
测试结果表明，改造后由于炉内燃烧产物的显热得到有效利用，加热钢坯的有效热大幅度升高。据统计，该加热炉能耗从改造前的2.0GJ/t下降到1.1GJ/t，节能率达44%；产量提高15%以上，NOx排放浓度小于100ppm；钢坯氧化烧损下降40%以上。
(2)攀钢集团成都无缝钢管有限责任公司钢包烘烤器
攀钢集团成都无缝钢管公司委托神雾公司对其90t钢包的卧式烘烤装置进行蓄热式改造。本次改造以天然气为燃料，采用蜂窝型蓄热体，改造后的效果如表4。
表4 钢包烘烤器的蓄热式改造效果
(3) 武汉钢铁有限责任公司大型轧钢厂加热炉
2002年4月，武钢大型轧钢厂与神雾公司合作，完成了对3#加热炉蓄热式改造。六月七日正式投产。与改造前的系统相比，新系统具有安全性好、改造费用低、维护方便、加热能力大，热负荷可调等优点。
从目前运行情况看，钢坯加热温度能满足轧钢工艺要求，节能效果明显。表现在：
空气预热温度高，温度波动较小，均热段和加热段的温度波动分别约为18℃～47℃。总体炉温水平较高，观察各区域炉温分布均匀，看不见明显的火焰，由于频繁换向燃烧，炉宽方向温度均匀，钢坯长度方向加热温度十分均匀。排烟温度不高，波动分别为20℃～40℃内。
由于空气预热温度高达1100～1200℃，排烟温度降低，加热炉的能耗大幅降低。该炉在低产时(因品种原因要求双炉生产，月产仅5万吨)的情况下，煤气单耗在1.4～1.5GJ/t坯，在产量大于300t以上的平均单耗只有1.125 GJ/t坯。改造前原3#炉煤气单耗为1.9 GJ/t坯。节能效果达20%以上。统计期间均为双炉生产，平均产量较低，生产不够稳定；且系投产初期，工人操作技能还没有达到设计要求的熟练程度，因此节能效果还有进一步提高的空间。
(4)南钢中板厂加热炉
南钢中板厂1＃加热炉改造前的吨钢能耗为2.1GJ/t以上，为实现节能降耗的目的，采用神雾公司的蓄热式技术对其进行大修改造，2002年1月投产以来的记录显示：加热钢坯温度1180－1230℃，空气预热温度达1100℃，效益显著。
降低燃料消耗的经济效益：
改造前1#加热炉单耗2.1GJ/t材(其中煤气1.85 GJ/t材，重油7kg/ t材× 0.04 GJ/ kg =0.28 GJ/t材)，其成本为：1.82 GJ/t材×11.52元/GJ+7 kg/t材×1.265元/kg=29.821元/t材；
改造后成本：1.68 GJ/t材×11.52元/GJ=19.35元/ t材；
按年加热能力30万吨计：年节能效益：30×(29.821-19.35)=314.1万元
降低氧化烧损的经济效益，改造后可降低氧化烧损0.3%，效益：
30×0.3%×(1610-200)=126.9万元；
提高台时产量的经济效益：1#加热炉技改后小时产量提高15t/h，年增产3万吨，每吨效益200元计，年增产效益：3×200=600万元。
合计效益：314.1+126.9+600=1041万元。
此外，改造后烟气中有害成份NOx的排放浓度小于100′10-6，具有明显的环保效益。
7 结论
作为一项跨世纪的先进节能环保技术，北京神雾热能技术有限公司研制开发的HTAC技术能够最大程度的实现高产、优质、低耗和低污染，完全符合我国可持续发展的战略要求。该项技术在邯钢应用成功后，国内钢铁企业迅速推广，目前已有太钢、武钢、南钢等30余家企业50多座蓄热式加热炉投入运行，均取得十分显著的节能效果。HTAC技术高效、节能和环保的多重优越性及巨大的技术经济效益和社会效益正在被越来越多的企业所认识，并且正在拓展到石化、陶瓷、玻璃、锅炉、机械等行业的热工设备上。目前我国有数以万计的工业加热炉和其它各类工业炉窑，采用HTAC技术后，平均节能率可达30%，预计每年可给国家节约3000万吨以上标煤，可为中国的企业带来300亿元以上的经济效益。
低no燃烧技术
燃煤锅炉的低NO x燃烧技术 NO x是对N 2O、NO 2 、NO、N 2 O 5 以及PAN等氮氧化物的统称。在煤的燃烧过程中， NO x生成物主要是NO和NO 2 ，其中尤以NO是最为重要。实验表明，常规燃煤锅炉中NO生成量占NO x总量的90%以上，NO2只是在高温烟气在急速冷却时由部分NO 转化生成的。N2O之所以引起关注，是由于其在低温燃烧的流化床锅炉中有较高的排放量，同是与地球变暖现象有关，对于N2O的生成和抑制的内容我们将结合流化床燃烧技术进行介绍。 因此在本章的讨论中，NO x即可以理解为NO和NO2。 一、燃煤锅炉NO x的生成机理 根据NO x中氮的来源及生成途径，燃煤锅炉中NO x的生成机理可以分为三类：即热力型、燃料型和快速型，在这三者中，又以燃料型为主。它们各自的生成量和炉膛温度的关系如图3-1所示。试验表明，燃煤过程生成的NO x中NO占总量的90%，NO2只占5%～10%。
1、热力型NO x 热力型NO x是参与燃烧的空气中的氮在高温下氧化产生的，其生成过程是一个不分支的链式反应，又称为捷里多维奇（Zeldovich）机理 →(3-1) O2 O 2 + → NO N N O+ (3-2) 2 + → NO N+ O O (3-3) 2 如考虑下列反应 → +(3-4) OH N+ NO H 则称为扩大的捷里多维奇机理。由于N≡N三键键能很高，因此空气中的氮非常稳定，在室温下，几乎没有NO x生成。但随着温度的升高，根据阿仑尼乌斯 （Arrhenius）定律，化学反应速率按指数规律迅速增加。实验表明，当温度超
过1200℃时，已经有少量的NO x生成，在超过1500℃后，温度每增加100℃，反应速率将增加6～7倍，NO x的生成量也有明显的增加，如图3-1所示。 但总体上来说，热力型NO x的反应速度要比燃烧反应慢，而且温度对其生成起着决定性的影响。对于煤的燃烧过程，通常热力型NO x不是主要的，可以不予考虑。一般来说通过降低火焰温度、控制氧浓度以及缩短煤在高温区的停留时间可以抑制热力型NO x的生成。 2、快速型NO x 快速型NO x中的氮的来源也是空气中的氮，但它是遵循一条不同于捷里多维奇机理的途径而快速生成的。其生成机理十分复杂，如图3-2所示。 通常认为快速型NO x是由燃烧过程中的形成活跃的中间产物CH i与空气中的氮反应形成HCN、NH和N等，再进一步氧化而形成的。在煤的燃烧过程中，煤炭挥发分中的碳氢化合物在高温条件下发生热分解，生成活性很强的碳化氢自由基（CH· ，CH2· ），这些活化的CH i和空气中的氮反应生成中间产物HCN、NH和N，随后又进一步被氧化成NO，实验表明这个过程只需60ms，故称为快速型NO x，这一机理是由费尼莫（Fenimore）发现的，所以又称为费尼莫机理。
详解RTO蓄热式焚烧炉的原理及应用(废气处理)
RTO蓄热式焚烧炉 一、RTO热力焚烧炉概述 RTO又称蓄热式热力焚烧炉，是一种借助热能将废气直接燃烧的环保设备，可处理喷漆、烤漆、印刷、塑胶、化工、电泳、涂装、电子等几乎所有行业的废气。对于浓度在100-3500mg/m3范围内的废气，RTO具有其他净化技术无法企及的效果，此外高浓度有机废气也可通过吸附浓缩后通入RTO 直燃装置中！ RTO蓄热式热力焚烧炉主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。陶瓷填充床可使热能得到极大限度的回收，经热量监测后回收率达到了95%，所以在使用RTO处理工业有机废气（VOCs）时，需求方可节省大量的燃料消耗，降低废气净化成本，轻松过环评。 RTO结构图
二、RTO焚烧炉工作原理 RTO将有机废气加热到760℃以上，有机废气会发生热氧化反应生成无毒的CO2和H2O，从而达到净化废气的效果。 RTO在工作的过程中全程回收热量，热能回收率达到了95%以上，实现了废气净化和环保节能的双重目的，是处理中高浓度挥发性有机废气的极佳选择。 RTO蓄热式热力焚烧炉工作原理：对有机废气进行预处理操作后，将其通入炉体内，加热至一定温度（通常为730-780℃），使废气中的有机成分发生氧化还原反应，生成小分子无机物（如CO2、H2O），经风机、烟囱排入大气。氧化产生的高温气体流经陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温开始“蓄热”，用于处理后续进入的有机废气，从而节省了大量的燃料。 RTO系统中设置了多个蓄热室，以保证每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。蓄热室“放热”后应引入洁净空气对室内进行清扫，待清扫完成后方可进入“蓄热”程序，否则残留的废气分子随烟囱排入大气中，从而降低了处理效率。 RTO主体结构图 三、RTO热力燃烧技术特点 将有机废气流经蓄热陶瓷体，经加热后，温度迅速提升，在炉膛内温度可达到800℃，有机废气中的VOCs在此高温下直接分解成二氧化碳和水蒸气，形成无毒、无味的高温烟气。 混合气体流经温度稍低的蓄热陶瓷，大量热能即从烟气中转移至蓄热体，用来加热下一次循环的有机废气，高温烟气的自身温度大幅度下降，再经过热回收系统和其他介质发生热交换，烟气温度进一步降低，最后排至室外大气。 四、RTO蓄热式燃烧适用范围 （1）适应行业范围：烘炉废气、化工电泳、涂装、喷漆、印刷、电子等行业的废气处理。
低氮燃烧技术精编图文稿
低氮燃烧技术精编 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
低NOx燃烧技术简介 一概述： 用改变燃烧条件的方法来降低NOx的排放，统称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。 二低NOx燃烧技术方法： 1、空气分级燃烧 空气分级法是将燃烧用的空气分阶段送入，进行“缺氧燃烧”和“富氧燃尽”，使其避开温度过高和大过剩空气系数同时出现，降低NOx的生成。 在“缺氧燃烧”阶段，由于氧气浓度较低，燃料的燃烧速度和温度降低，抑制了热力型NOx生成；由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN 和NH3会将部分已生成的NOx还原成N2，从而抑制了燃料NOx的排放；然后在将燃烧所需空气的剩下部分以二次风形式送入，即“富氧燃尽”阶段，虽然空气量多，但此阶段的温度已经降低，新生成的NOx量十分有限，因此总体上NOx的排放量明显减少。 2、燃料分级燃烧 燃料分级法是把燃料分为两股或多股燃料流，这些燃料流经过三个燃烧区发生燃烧反应。 把80%-85%的燃料送入主燃烧区进行富氧燃烧，余下15%-20%经主燃烧器上部送入再燃烧区，在空气系数小于1的条件下进行缺氧燃烧，主燃
烧区产生的NOx被还原，从而减少NOx的排放量；为减少不完全燃烧需加空气进行燃尽。 3、烟气再循环燃烧 烟气再循环法是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉膛，或渗入一次或二次风中，降低氧浓度、火焰温度，使NOx的生成受到抑制，降低NOx的排放。 将部分低温烟气直接送入炉内或与空气(一次风或与二次风)混合后送入炉内，因烟气的吸热和对氧浓度的稀释作用，会降低燃烧速度和炉内温度，因而减少了热力型NOx。 三低NOx燃烧器 根据上述低NOx燃烧技术，我公司引进开发出以下型号的低NOx燃烧器： 1、HDRB型低NOx燃烧器； 2、HHT-NR型低NOx燃烧器； 3、HXCL型低NOx燃烧器； 4、HWS型低NOx燃烧器； 5、HDS型低NOx燃烧器； 6、HSM型低NOx燃烧器； 7、HPM型低NOx燃烧器。 8、低氮燃烧器分类 燃烧器是工业炉的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程，因此，要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低
蓄热技术及其应用
蓄热技术及其应用 蓄热技术是缓解人类能源危机的一种重要手段。本文首先介绍了蓄热技术的分类和特点，分析了蓄热技术在国内外的研究情况，又阐述了它在暖通空调等领域的应用状况，最后对蓄热技术的发展进行了展望。 Key words：heat storage technology；phase transition；HV AC；energy saving 在许多能量利用系统中，往往存在着能量供应和需求的时间性差异，造成了能量利用的巨大浪费。蓄热技术是解决该问题的一种有效途径。蓄热技术的核心应用在于调和热能供给与需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及建筑节能、暖通空调等领域具有广泛的应用前景。 1.蓄热技术分类及特点 蓄热技术目前主要有显热蓄热、潜热蓄热（相变蓄热）和化学反应蓄热三种。 显热蓄热是利用物质温度的变化来存蓄热量的。常用的显热蓄热介质有水、水蒸气、鹅卵石等。显热蓄热介质来源广泛，价格低廉，系统简单，是目前最成熟、应用最广泛的蓄热方式。 潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，吸收或放出相变潜热的原理。由于液气或固气转化时，容积变化非常大，不易控制，在实际工程中较难应用，目前有实际应用价值的是固液相变式蓄热。该技术的优势是：蓄热密度大、相变时温度稳定、所用装置简单、体积小、设计灵活等。 化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。化学能蓄热的特点是：可逆性好；正逆反应转变的速率快；蓄热密度比显热蓄热和潜热蓄热都大，可以贮存高温热能；也无须绝热保温，可以长时间的蓄热。但化学能蓄热系统复杂、价格也高。 2.蓄热技术国内外研究情况 20世纪30年代以来，相变蓄热的基础理论和应用技术研究在发达国家（如美国、加拿大、日本、德国等）迅速崛起。材料科学，太阳能，航天技术，建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为相变蓄热研究和应用创造了条件。在相变蓄热的理论和应用研究方面，美国一直处于领先地位。Dr. Maria Telkes等先后在相变材料的配制和性能研究、相平衡、相变传热、相变材料性能改善等方面做了大量工作，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM 太阳能暖房。60年代，随着载人空间技术的迅速发展，美国NASA 大力发展了相变材料热控技术。70 年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行
KROM蓄热式烧嘴的结构和工作原理
KROM蓄热式烧嘴的结构和工作原理 KROM蓄热式烧嘴是一种通过蓄热球从窑炉烟气中回收热量来预热空气以此达到交替燃烧均匀加热目的的烧嘴。蓄热式烧嘴主要应用于工业燃气加热领域，降低NOx排放，很高的燃烧热效率著称。它是继自身预热式烧嘴后的又一大技术进步。 什么是蓄热式烧嘴的结构和工作原理 高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置,交替切换空气与烟气,使之流经蓄热体,能够在很大上回收高温烟气的显热,即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平,形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型,创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧,避免了通常情况下,高温热力氮氧化物NOx的大量生成.因此,这项技术在实际应用中,产生了显著的经济效益和社会效益. 蓄热式烧嘴的结构 蓄热式烧嘴是由耐高温的全陶瓷烧嘴和蓄热式陶瓷换热器两大部分构成。将换热系统与烧嘴相连后并安装在炉窑侧壁上，再通过换向滑阀，成对操作。 蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后,在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热,在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃),高温热空气进入炉膛后,抽引周围炉内的气体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),这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气,炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体,然后以150~200℃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,使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态,常用的切换周期为30~200秒. 简单说,就是先将蓄热体加热后,再通入空气,并将空气加热到高温,送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量,目的是降低氧化氮的含量）后,再与燃料混合燃烧. 蓄热式烧嘴的工作原理 一套蓄热式烧嘴系统至少包括两个烧嘴，两个蓄热器，一个热能回收系统以及相应的控制装置。烧嘴和蓄热器可根据现场实际情况直接连接在一起或选择用耐火材料浇注的管道连接在一起。当一个烧嘴利用蓄热器里的热空气进行燃烧时，另一个烧嘴
蓄热式燃烧技术目前存在的几点不足(分享)
蓄热式燃烧技术目前存在的几点不足(分享) 目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。至今我们已有了自己的一些专利，并且在国内有了相对广泛的应用，取得了相当的经济效益。 关键部件 1 蓄热体 蓄热体是高温空气燃烧技术的关键部件，其主要技术指标如下： (1)蓄热能力：单位体积蓄热体的蓄热量要大，这样可减小蓄热室的体积，需要通过材料的比热ＣＰ来衡量。(2)换热速度：材料的导热系数λ可以反映固体内部热量传递的快慢，导热系数大可以迅速地将热量由表面传至中心，充分发挥蓄热室的能力；高温时，材料辐射率可表征气体介质与蜂窝体热交换的强弱。(3)热震稳定性：蓄热体需要在反复加热和冷却的工况下运行，在巨大温差和高频变换的作用下，很容易脆裂、破碎和变形等，导致气流通道堵塞，压力损失加大，甚至无法继续工作。(4)抗氧化和腐蚀性：有些材料在一定的温度和气氛下发生氧化和腐蚀，会堵塞气体通道，增加流通阻力。(5)压力
损失：在气体通过蜂窝体通道时，会产生摩擦阻力损失，在流经两块蜂窝体交界面时因流通面积突变和各个通道之间可能发生交错而产生局部阻力损失；前者对传热有利，后者对传热是不利的，因此应尽力减少局部阻力损失来降低风机的动力消耗。(6)经济性：它是一个重要的指标，一种蜂窝体如果各种性能都好，但成本很高，推广和应 用会受到限制。 2 换向阀 由于必须在一定的时间间隔内实现空气、煤气与烟气的频繁切换，换向阀也成为与余热回收率密切相关的关键部件之一。尽管经换热后的烟气温度很低，对换向阀材料无特殊要求，但必须考虑换向阀的工作寿命和可靠性。因为烟气中含有较多的微小粉尘以及频繁动作，势必对部件造成磨损，这些因素应当在选用换向阀时加以考虑。如果出现阀门密封不严、压力损失过大、体积过大、密封材料不易更换、动作速度慢等问题，会影响系统的使用性能和节能效果。 3 烧嘴 烧嘴的设计原则是不能让空气和煤气混合得太快，这样容易形成局部高温，但也不能混合得太慢，防止煤气在蓄热室出现“二次燃烧”甚至燃烧不充分。为了保证燃料在低氧气氛中燃烧，必须在设计其供给通道时，考虑燃料和空气在空间的扩散、与炉内烟气的混合和射流的角度及深度，而这些参数应根据加热装置尺寸、加热工艺要求、燃料
高温空气燃烧技术的节能、环保效益
高温空气燃烧技术的节能、环保效益 谢民萧琦 北京神雾热能技术有限公司北京 100083 摘要：本文介绍了高温空气燃烧技术的发展历程和该技术在节能、环保方面的特征。以目前冶金行业部分应用高温空气燃烧技术企业的实际效果为依据，提出在我国应用该项技术具有巨大的节能和环保效益。 关键词：高温空气燃烧技术蓄热式烧嘴节能环保 1 前言 随着工业的迅速发展和人口的不断增长，能源和环境问题成为倍受国人瞩目的两大问题。目前全国的能源有90%以上来自燃烧化石燃料（煤、石油和天然气）所释放的能量。化石燃料在全国的储量是有限的，我们需要开发新能源，而当前更重要的是现有能源的合理利用。相应地，全国70%以上的污染物也来自化石燃料的燃烧产物，如二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO X）、未燃碳氢化合物（UHC）和烟尘。二氧化碳、一氧化氮（CO）和甲烷（CH4）是温室气体，引起全球气候恶化；一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、部分未燃碳氢化合物和烟尘可直接对人体和动植物产生危害；大气中的二氧化硫和氮氧化物会产生酸雨，对建筑物和各种材料也会产生直接腐蚀。因此，在我国实施经济可持续性发展战略的关键时期，研究和应用节约能源、提高能源利用效率、减少污染物排放的燃烧技术成为我国工业界的当务之急。 高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion）是二十世纪八十年代后期发展起来的一种燃烧技术，它的特征是烟气热量被最大限度地回收，助燃空气被预热到1000℃以上，燃料在低氧浓度下燃烧。高温空气燃烧技术可以实现燃料化学能的高效利用和有效控制燃烧主要污染物氮氧化物，是非常适合在我国工业界应用推广的技术，为缓解我国的能源紧 缺、改善自然环境提供了切实可行的方法。 2高温空气燃烧技术的发展历程 最早的炉子，烟气中的热量无法回收利用，高温烟气带走燃料中70～80%的能量，而炉子的热效率只有20～30%。到了二十世纪中期，国内外开始采用在烟道上安装空气预热器的方法来回收烟气中的热量；经过半个世纪的发展和完善，排烟温度大幅度下降，炉子的热效率提高到50%左右。尽管如此，烟气仍然带走燃料中40～50%的能量；而且空气预热 器使用寿命有限，维修困难。 使用蓄热室回收烟气的热量不能算一项新技术；在十九世纪末期英国已经有人采用，我国平炉炼刚用过的格子砖也是一例。当时的蓄热室体积庞大，而且加热空气的效果并不十分理想，因此没有得到广泛应用。进入二十世纪八十年代以后，由于材料科学的飞速发展，在欧洲开发出一种陶瓷球蓄热材料。这种陶瓷球热导率高，比热容大，耐高温；以陶瓷球作为蓄热体吸收烟气热量，空气可以很稳定地预热到1000℃以上。由于蓄热燃烧技术节能效益显著，因此在英国、美国得到应用。然而当时的蓄热燃烧技术并不是真正意义上的高温空气
低氮分级燃烧技术介绍
低氮分级燃烧技术 一.低NO x优化燃烧技术的分类及比较 为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。 1.1炉内脱氮 炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NO x的生成，又称低NO x燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉内脱氮技术的比较。 表2
1.2尾部脱氮 尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NO x排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。 催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NO x还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NO x效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。 液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NO x。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。 吸附法是用吸附剂对烟气中的NO x进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NO x脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NO x脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。 炉内脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NO x燃烧技术是降低燃煤锅炉NO x排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NO x 排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。 根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间内，我国更适合发展投资少、效果也比较显着的炉内脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NO x燃煤技术来控制燃烧过程NO x的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。 表2中各炉内脱氮技术又以燃料分级效率较高。燃料再燃技术是有效的降低NO x排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉，NO x排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NO x排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低，另一方面则是出于技术经
135电锅炉水蓄热技术的应用实例
电锅炉水蓄热技术的应用实例 现代建筑设计集团上海建筑设计研究院有限公司张伟程 摘要：介绍了电锅炉水蓄热技术在具体工程设计中的应用，并着重介绍了该系统的概况、流程以及各种运行模式下的控制方式。 关键词：电锅炉水蓄热运行模式控制 1 电锅炉水蓄热技术介绍 集中空调的冬季供暖部分，根据热源的类型，可以分为空气（或水）源热泵、燃油、燃煤气（或天然气）、燃煤、用电等几大类。 从用户的角度看，使用电作为热源不需要排废水、废气、废渣，也无明火，不需设置堆煤或储油场地，为最清洁能源，不存在消防、环保等特殊要求，且用电设备可以做到完全自动控制，减少人为操作所带来的浪费及管理难度。 对于以电能作为空调供暖热源的系统，在《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中有明确的规定：“除非夜间可利用低谷电进行蓄热、且蓄热式电锅炉不在日间用电高峰和平时段时间启用的建筑，不得采用电热锅炉、电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源。”故在实际应用时，不得采用电锅炉直供的形式，一般采用电锅炉水蓄热系统，且以全量蓄热为好。 电锅炉水蓄热系统是指在电力低谷期间，以水为介质将电锅炉产生的热量储存在蓄热装置中，适时供应给用热设备的系统[1]。这样在用电高峰时段就可以不开或者少开电锅炉，从而减少高峰时段用电量，起到移峰填谷的作用。电锅炉水蓄热从系统构成上来说只是在常规电热锅炉的基础上增加了一套水蓄热装置，其他各部分在结构上与常规热源系统并无不同，它在使用范围方面也与常规供热系统基本一致。通常水蓄热装置有常温（常压、温度低于100℃）和高温（高压、温度高于100℃）两种，蓄热量有全量和分量两种模式，蓄热系统有串联和并联两种流程。 电锅炉水蓄热系统具有以下几个显著优点： 1）适合在无集中供热与燃气源，而电力充足、供电政策支持和电价优惠的地区使用。 2）采用电能，不存在排放废水、废气、废渣之忧，无燃烧过程，安全可靠性高。 3）由于水蓄热系统是按白天全量负荷在夜间蓄热时段的平均值来确定电锅炉装机容量的，而电锅炉直供系统则是按白天的峰值负荷来确定的。所以相对于电锅炉直供系统，水蓄热系统减少了电锅炉装机容量，其附属运转设备和电力设施的装机容量也相应减少，从而减少了初投资费用。 4）可根据外界空调负荷的变化更及时、灵活、精确地供应储存的热量。 5）利用峰谷电价差，可以明显减少运行费用。有利于平衡用电负荷，缓解供电矛盾[2]。 6）当停电时，用小功率应急发电机带动循环水泵即可继续提供热量，提高了供暖系统的可靠性。 2 工程概况 陆家嘴时代金融中心（B3-5地块）冬季空调供暖设计计算热负荷峰值为5 044 kW：1~6层（裙房）973 kW，8~20层（低区）1 331 kW，22~34层（中区）1 331 kW，36~46层（高区）1 409 kW。考虑到当时的市政能源条件（无集中供热与燃气源，电力充足、供电政策支持和电价优惠）和初投资与运行费用的效益比以及机房安全条件，本工程采用常压型电热水锅炉生产的蓄热水作为空调供暖热源，采用常温全量（不考虑不可预见系数）蓄热模式、并联流程，并根据楼层分布情况分设4套系统，机房分别布置于7层，21层，35层，PH1设备层。每套系统均设有2台675 kW的电锅炉、1个有效容积为200m3的蓄热水箱，其设计蓄热水温为45~90 ℃，蓄热量为10 465 kWh；考虑10%的余量，联合供热（板式换热器的）总供热能力为1 600 kW；板式换热器一次侧的设计进、出水温度为55 ℃/45 ℃、二次侧（空调末端设备）的设计供、回水温度为50 ℃/40 ℃。该水蓄热系统夏季可兼作蓄冷用，其蓄热水箱转变为蓄冷水箱，主要用于新风空调箱的供冷。 系统有冬季电锅炉单蓄热、电锅炉单供热、蓄热水箱单供热、电锅炉与蓄热水箱联合供热（蓄热水箱优先）、电锅炉边蓄热边供热以及夏季制冷机蓄冷、蓄冷水箱放冷共7种运行模式，其原理见图1。
燃料的燃烧过程
气体燃料的燃烧过程 工业炉窑所用的气体燃料主要是高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、天然气、发生炉煤气及其中两种或几种的混合燃料。 在各种燃料中，气体燃料的燃烧过程最容易控制，也是最容易实现自动调节，此外，气体燃料可以进行高温预热，因此可以用低热值燃料来获得较高的燃烧温度，有利于节能降耗。 蓄热式高温空气燃烧技术最初的作用就是可以对低热值燃料进行高温预热，提高其燃烧温度，实现低热值燃料例如高炉煤气的稳定燃烧。 气体燃烧中，可燃性成分有CO、H2、CH 4、碳氢化合物等，不可燃烧气体成分有CO2 、N2、和少量的Q2。除此之外，在气体燃烧中还含有少量水蒸气、焦油蒸气、S及粉尘等固体微粒。 工业炉使用的气体燃料很多，主要使用的气体燃料是煤气，气体燃料的燃烧是一组复杂的物理与化学过程的综合，整个燃烧过程可以视为煤气与空气的混合、煤气与空气混合气体的着火、完成燃烧反应三个阶段，他们是在极短的时间内完成的。 1.1煤气与空气的混合 要实现煤气中可燃成分的氧化成分反应，必须是可燃物质的分子能和空气中氧分子接触，亦即使煤气和空气均匀混合，煤气与空气的混合是一种物理扩散现象。在工业炉上煤气与空气分别进入燃烧室的情况下，决定煤气燃烧速度与火焰长度的主要因素是煤气与空气的混合速度。要强化燃烧过程必须改善混合的条件，提高混合的速度。
改善混合条件的途径是：使煤气与空气流形成一定的交角，高山气流的速度，缩小气流的直径。煤气与空气的混合在蓄热式高温燃烧技术应用设计中尤为重要。 1.2混合后的可燃气体的加热和着火 将煤气与空气混合后加热到着火温度，着火靠点火来完成。在正常燃烧时，主要依靠前面燃烧着的燃料把热量传递给后继的混合物，使后继的混合物达到着火温度，这一过程的快慢称为“火焰传播速度”，若燃料从烧嘴喷出的速度大于火焰传播速度时，会产生灭火现象，反之喷出速度小于火焰传播速度是会发生回火现象。因为煤气与空气已预热到高温，混合后的可燃气体的加热和着火在蓄热式高温空气燃烧技术应用已不是主要问题。 1.3完成燃烧化学反应 煤气与空气混合物着火后，产生机理的氧化反应这就是燃烧。燃烧反应的速度与反应物质的温度有关，温度越高反应速度越快。蓄热式高温空气燃烧技术的燃烧化学反应极其快速。 上述三个阶段，对整个燃烧影响最直接是煤气与空气的混合过程，要提高燃烧强度，必须很好地控制混合过程。 1.4气体燃烧的燃烧方式 气体燃烧的燃烧分为有焰燃烧和无焰燃烧。 有焰燃烧使燃料与空气预先不混合，独自进入炉内边混合边燃烧，混合与燃烧同时进行。 无焰燃烧使燃料与空气预先混合，进入炉内即着火燃烧，由于燃
相变蓄热技术在热泵中的应用
相变蓄热技术在热泵中的应用 汪南，杨硕，朱冬生 （华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州， 510640） 摘要：本文综述了蓄热技术的研究进展及其在热泵中的应用，并重点介绍了一种相变蓄热式热泵热水器，最后对这种技术的发展进行了展望。 关键词：蓄热相变热泵热水器 0 前言 能源是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，随着人类对能源的需求量不断增大，能源问题越来越引起人们的重视。但是，大多数能源存在间断性和不稳定性的特点，导致大量热能在时间与空间匹配上的不平衡性，从而使得一方面能源短缺，另一方面又有大量余热被白白浪费。因此，合理利用能源、提高能源利用率是当务之急。 蓄能技术就是采用适当的方式，利用特定的装置，将暂时不用的或者多余的热能通过一定的储能材料储存起来，等到需要时再利用的方法，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。相变蓄热技术在太阳能、工业余热、废热利用以及电力调峰等方面具有很大的潜在应用优势，近年来引起了众多科研工作者的重视。 1 蓄热技术的研究进展 1983年，美国Telkes博士在蓄热技术方面做了大量工作[1]。她对水合盐，尤其是十水硫酸钠(Na2S04?10H2O)进行了长期的研究，对Na2S04?10H2O的相变寿命进行了多达1000次的实验，并预测该材料可相变2000次，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM被动太阳房。20世纪70年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行了用于采暖和制冷系统的相变材料的研究，他们研究了水合硝酸盐、磷酸盐、氟化物和氯化钙。在相变材料应用方面，他们特别强调制冷和空调系统中的储能。东京科技大学工业和工程化学系的Yoneda等人研究了一系列可用于建筑物取暖的硝酸共晶水合盐，从中筛选出性能较好的MgCl2?6H20和Mg(NO3)2?6H2O共晶盐(熔点59.1℃)。位于Ibaraki的电子技术实验室对相变温度范围为200～300℃的硝酸盐及它们的共晶混合物进行了研究。德国GawronK和Schroder J在对-65～0℃的温度范围内相变性能的研究后，推荐在储冷中采用NaF-H20共晶盐(-3.5℃)；在低温储热或热泵应用中采用KF?4H20；在建筑物采暖系统中，采用CaCl2?6H20(29℃)或Na2HP04(35℃)。Krichel绘制了大量PCMs的物性图表。他认为石蜡、水合盐和包合盐(elath-rate)是100℃以下储能用相变材料的最佳候选材料。 我国对蓄热相变的理论和应用也进行了广泛的研究[2-9]，中国科学技术大学从1978年开始进行相变储热的研究，陈则韶、葛新石、张寅平等人[10～12]在相变材料热物性测定和相变过程导热分析方面做了大量工作，申请了多项专利。1983年，华中师范大学阮德水等[13]对典型的无机水合盐Na2S04?10H2O
催化燃烧原理
蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术，全名称为：高温低氧空气燃烧技术（High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC），也作HTAC（High Temperature Air Combustion）技术，也有称之为无焰燃烧技术(Flameless Combustion)。通常高温空气温度大于1000℃，而氧含量低到什么程度，没有人去划定，有些人说应在18%以下，也有说在13%以下的。 蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体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)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃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，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。 简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。 要注意的是，蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换，这时原来是排烟口的，现在变成了烧嘴，而原来是烧嘴的，现在变成了排烟口。 高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，即实现了极限余热回收； (2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧，避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NOx的大量生成。因此，这项技术在实际应用中，产生了显著的经济效益和社会效益。 其主要存在的问题是：（1）由于是项新技术，因此，加热炉、燃烧器等仍未适应其要求，尚存在设计与操作方面的理论问题。（2）高温带来的管道、设备更易损坏等。（3）蓄热体结块、寿命不长等。（4）炉内压力变化大，造成热量大量溢出，未能达到实际节能效果。（5）日常维护量、成本增加。等等。 可见，通过十余年的实践，已不向原来那样热衷于蓄热燃烧技术了。目前，反对与支持之间的争论非常红火。
水泥窑炉空气分级燃烧及SNCR烟气脱硝技术
水泥窑炉空气分级燃烧及SNCR烟气脱硝 技术 江苏省盐城市兰丰环境工程科技有限公司 苗长江 陈森林 224000 摘要：本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 关键词： 回转窑 分解炉 NOx 空气分级燃烧 SNCR脱硝技术 引言 近年来，水泥工业随着现代城市建设的需要而得到了快速的发展，但是水泥生产过程中产生的废气对环境的污染也在不断加剧，特别是废气中的NOx对大气环境的影响已非常严重。由此，本文从以下几个方面系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的烟气脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定的借鉴作用。 1 水泥窑炉NOx产生机理 在新型干法水泥生产工艺中，回转窑和分解炉是水泥物料烧成的两个关键设备。然而，回转窑和分解炉也是NOx生成的主要来源。 在水泥熟料生产过程中，大约有40%左右的煤粉从回转窑窑头的多通道燃烧器喷入窑内，并进行高温燃烧，为煅烧物料的熔融和矿物重结晶提供足够的温度，但物料温度必须超过1400℃时才会发生物料熔融和矿物重结晶现象，因此通常需要将窑头燃烧器形成的火焰温度控制在1800～2200℃之间，然而这样在回转窑内就会生成热力型NOx和燃料型NOx，且均有较多的形成比例，其中尤以热力NOx为主。同时，大约60%左右的
煤粉进入分解炉，炉内的温度一般在850～1100℃范围内，在此温度下，基本可以不考虑热力型NOx的形成，主要是燃料型NOx。 由此，本文系统介绍了我公司治理水泥窑炉烟气中NOx的空气分级燃烧及SNCR脱硝技术，希望能对水泥窑炉NOx治理起到一定帮助。 2 水泥窑炉空气分级燃烧技术 2.1 基本原理 水泥窑炉空气分级燃烧是目前最为普遍的降低NOx排放的燃烧技术之一。其基本原理如图（一）所示：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数小于1，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，从而降低了热力型NOx的生成。同时，燃烧生成的CO与NOx发生还原反应，以及燃料氮分解成中间产物（如NH、CN、HCN和NHx等）相互作用或NOx还原分解，从而抑制了燃料型NOx的生成，具体反应如下： 2CO + 2NO → 2CO2 + N2 （1） NH + NH → N2 + H2 （2） NH + NO → N + OH （3） 在二级燃烧区（燃尽区内，将燃烧用空气的剩余部分以二次空气的形式输入，成为富氧燃烧区。此时，空气量增多，一些产物被氧化生成NOx，但因温度相对常规燃烧较低，因而总的NOx生成量不高，具体反应如下： CN + O → CO + NO （4）
蓄热式燃烧技术原理
蓄热式燃烧技术原理 当常温空气由换向阀切换进入蓄热室后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低 50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体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)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃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，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。 简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。 要注意的是，蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换，这时原来是排烟口的，现在变成了烧嘴，而原来是烧嘴的，现在变成了排烟口。 高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧，避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NOx的大量生成。因此，这项技术在实际应用中，产生了显著的经济效益和社会效益。 蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术，全名称为：高温低氧空气燃烧技术（High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC），也作HTAC（High Temperature Air Combustion）技术，也有称之为无焰燃烧技术(Flameless Combustion)。通常高温空气温度大于1000℃，而氧含量低到什么程度，没有人去划定，有些人说应在18%以下，也有说在13%以下的。 蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体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)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃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，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。 简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。
低NOx高温空气燃烧技术
收稿日期:2000-09-08;修订日期:2000-11-27 作者简介:朱 彤(1969-),男,浙江杭州人,同济大学副教授,博士. 文章编号:1001-2060(2001)03-0328-04 低NO x 高温空气燃烧技术 朱 彤1,饶文涛2,刘敏飞1,张毅勐1,张鹤声1 (1.同济大学热能工程系,上海 200092;2.上海宝钢研究院设备研究所,上海 201900) 摘 要:低NO x 高温空气燃烧技术将传统的低NO x 燃烧技术与高温蓄热式燃烧系统有机地结合起来,具有热效率高、炉内温度分布均匀、NO x 排放量低等特点。本文介绍了高温空气燃烧技术,重点分析了高温空气燃烧技术中的低NO x 排放的原理,并对两种采用烟气再循环和分级燃烧技术的低NO x 高温空气燃烧器进行阐述。关 键 词:低NO x ;高温空气燃烧;蓄热式燃烧器;燃烧技术 中图分类号:TK223.23 文献标识码:A 1 引言 80年代初,Hot Work 公司和British Gas 公司开发了一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的陶瓷蓄热式燃烧器(RCB ———Regenerative Ceramic Burner ),用于小型玻璃熔炉上。其后,RCB 被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业中。尽管当时这种燃烧器具有NO x 排放量大和系统可靠性差等问题,但由于它能使烟气余热利用达到接近极限的水平,节能效益巨大,因此在美国、英国、日本等国家得以推广应用[1]。 90年代初,蓄热式空气预热技术在我国的工业炉窑上得到成功的应用,并研制出了自己的专利技术,取得了显著的经济效益。有关高校、研究部门还对蓄热体材料、结构、传热机理等进行了研究[2] 。但当时人们并没有把它和新型燃烧技术联系起来,仅仅当作研制一种用于余热回收的特殊烧嘴,因此,也就没有把这种燃烧方式与高温燃烧所可能导致的大量NO x 排放相联系[3]。本文着重介绍高温空气燃烧技术中的低NO x 技术及其原理。 2 高温空气燃烧技术 蓄热式燃烧系统(High -cycle Regenerative c om -bustion System 简写为HR S )一般要求烧嘴成对安装, 可相对布置,也可在同一侧,见图1。当烧嘴A 工作时,加热工件后的高温废气经由烧嘴B 排出,加热蓄热体B ,将排烟温度降低到200℃以下甚至更低。经过一定时间间隔(20s ～200s )后,切换阀使助燃 空气流经蓄热体B ,充分吸收废气所排放的显热,通过烧嘴B 完成燃烧过程;同时,烧嘴A 和蓄热体A 转换为排烟和蓄热装置。通过这种交替运行方式,实现蓄热式燃烧和空气的高温预热,可见,助燃空气吸收废气的显热愈多,则系统热效率愈高。日本研究人员用蜂窝式蓄热体回收废气余热,使被加热的空气温度达到1000℃～1100℃,而加热炉的排烟温度降为150℃～200℃,大大提高了炉子的热效率。 图1 蓄热式燃烧系统原理图 然而依据现有理论可知,随着送入炉膛的空气 温度提高,势必提高燃料燃烧的理论燃烧温度,将使热力型NO x 的排放量急剧增大,与环境保护的要求背道而驰。如何解决这个矛盾是摆在热能工作者面前的一个攻关课题。 80年代末,日本人提出了一种新概念燃烧技术———高温空气燃烧技术[4](High Temperature Air Combustion 简写为HTAC ,或Highly Preheated Air Combustion 简写为HPAC ),该技术主要包括两项基本技术手段:一是燃烧用空气最大限度回收(或称极 第16卷(总第93期) 热能动力工程 2001年5月
水泥行业脱硝分级燃烧技术 SNCR..
4000t/d新型干法水泥生产线分级燃烧+SNCR烟气脱硝 技 术 方 案
目录 1、减排氮氧化物社会效益 (3) 2、本项目脱硝工艺描述 (5) 2.1、分级燃烧技术 (5) 2.2、SNCR脱氮技术 (8) ①卸氨系统 (9) ②罐区 (9) ③加压泵及其控制系统 (9) ④混合系统 (9) ⑤分配和调节系统 (10) ⑥喷雾系统 (10) ⑦水电气供给 (10) ⑧控制系统 (11) ⑨SNCR主要设备与设施 (11) 3、氮氧化物目前排放量 (12) 4、总体性能指标 (12) （1）窑尾分级燃烧脱氮技术(单独使用) (12) （2）SNCR脱氮技术(单独使用) (13) （3）分级燃烧和SNCR结合的脱氮集成技术 (13) 5、主要技术经济指标 (13) 6、经济效益评价 (14) 6.1单位成本分析 (14) 6.2 运行成本分析 (15) 6.3 环境及社会效益分析 (16)
1、减排氮氧化物社会效益 氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一，包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5等多种氮的氧化物，燃煤窑炉排放的NOx 中绝大部分是NO。NO的毒性不是很大，但是在大气中NO可以氧化生成NO2。NO2比较稳定，其毒性是NO的4～5倍。空气中NO2的含量在3.5×10‐6（体积分数）持续1h，就开始对人体有影响；含量为（20～50）×10‐6时，对人眼有刺激作用。含量达到150×10‐6时，对人体器官产生强烈的刺激作用。此外，NOx 还导致光化学烟雾和酸雨的形成。由于大气的氧化性，NOx 在大气中可形成硝酸（HNO3）和硝酸盐细颗粒物，同硫酸（H2SO4）和硫酸盐颗粒物一起，易加速区域性酸雨的恶化。 随着我国工业的持续发展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。2011年全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，提出将氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求“十二五”期间工业氮氧化物排放减少10%，氮氧化物减排已经成为我国下一阶段污染治理和减排的重点。氮氧化物活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升，我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间，我国氮氧化物排放量逐年增长，2008年达2000 万吨，排放负荷巨大。特别是水泥行业氮氧化物排放量也呈现快速增长趋势，2000年77万吨，2005年136万吨，2010年约200万吨。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。北京到上海之间的工业密集区已成为对流层二氧化氮污染较为严重的地区，“十一五”期间全国降水中硝酸根离子平均浓度较2005年有较大幅度地增长。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，严重威胁着人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不严加控