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工業(yè)窯爐高效節(jié)能燃燒裝置及技術(shù)

 

工業(yè)窯爐高效節(jié)能燃燒裝置及技術(shù)
燃料的完全燃燒是節(jié)約能源的關(guān)鍵之一。在工業(yè)窯爐中，關(guān)于燃燒技術(shù)方向的節(jié)能潛力非常大，因此，工業(yè)窯爐的一個(gè)重要的節(jié)能途徑就是采用新型的燃燒裝置或技術(shù)，窯爐燃燒裝置的基本作用是保證燃燒在窯爐中具有燃燒形態(tài)、燃燒工程、保證窯爐具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，并滿足窯爐生產(chǎn)工藝的要求。對(duì)于以燃燒獲得熱能的工業(yè)窯爐來(lái)講，應(yīng)該充分利用低空氣系數(shù)燃燒技術(shù)，排煙余熱預(yù)熱燃燒用空氣和燃料的技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)等。
要保證工業(yè)窯爐生產(chǎn)工藝及經(jīng)濟(jì)效益的要求，對(duì)于窯爐燃燒裝置有如下要求：按照窯爐爐型和生產(chǎn)工藝要求，在窯爐規(guī)定的熱負(fù)荷條件下，應(yīng)保證燃燒能完全燃燒（無(wú)氧化加熱爐除外），保證火焰具有一定的外形，并保證較低的能耗。同時(shí)根據(jù)窯爐爐溫的變化，要保證有穩(wěn)定的燃燒過(guò)程和良好的操作條件，不僅要保證安全生產(chǎn)，并且方便操作和管理。
一、     高速燃燒器燃燒技術(shù)
高速燃燒器有兩個(gè)作用，一是能使燃?xì)庠诜浅８叩臒釓?qiáng)度下燃燒，二是高溫?zé)煔庖苑浅８叩牧魉伲?00—300m/s）從燃燒室噴出，從而實(shí)現(xiàn)快速對(duì)流換熱。高速燃燒器通常是指燃燒產(chǎn)生物及其火焰的噴射速度大于90m/s的燃燒器，多數(shù)情況下為100m/s以上。燃?xì)夂涂諝庠谌紵�室�?nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈混合和燃燒，完全燃燒的高溫?zé)煔庖苑浅８叩乃俣葒娊馉t內(nèi)，與物料進(jìn)行強(qiáng)烈對(duì)流換熱。隨著燃燒技術(shù)的飛速發(fā)展，高速燃燒器已在金屬材料加熱、煅造、沖壓、陶瓷、非金屬材料干燥等方面得到廣泛應(yīng)用。高速燃燒器即可提高爐子的生產(chǎn)率，又可降低燃料的消耗與金屬燒損。采用對(duì)流換熱來(lái)代替一般的火焰爐輻射換熱，能使熱耗降低30%--50%。
二、     高速燃燒器的特點(diǎn)和類型
高速燃燒其實(shí)工業(yè)窯爐應(yīng)用較廣的一種速熱燃燒裝置，通常情況下，本身帶有一個(gè)燃燒室，燃料和空氣混合，在燃燒室內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)完全燃燒（≥85%），燃燒后形成的高溫?zé)煔饨柚�于膨脹壓力從燃燒器噴口高速噴出。高速燃燒器的基本原理相�?dāng)于簡(jiǎn)單的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料在燃燒室或燃燒坑到前半部基本上能夠燃燒完全，原因是密閉的燃燒室能保持足夠的壓力，使高溫的燃燒氣體以100—300m/s的高速噴出，高速氣流可促使?fàn)t內(nèi)氣流循環(huán)，強(qiáng)化對(duì)流傳熱，同時(shí)可提高爐內(nèi)溫度的均勻性，實(shí)現(xiàn)工業(yè)窯爐快速加熱，并可減少工業(yè)氧化燒損，達(dá)到節(jié)能和提高生產(chǎn)質(zhì)量的目的。如果在燃燒室出口處或燃燒坑道的后半部供給能夠調(diào)節(jié)的二次風(fēng)，即可以實(shí)現(xiàn)燃燒氣流溫度的調(diào)節(jié)，構(gòu)成高速調(diào)溫燃燒器。另外，高速燃燒器可通過(guò)過(guò)剩空氣和燃?xì)鈦?lái)改善其工作性能，甚至還能使用多種燃料進(jìn)行燃燒，說(shuō)明其燃料適應(yīng)性非常強(qiáng)。采用高速燃燒器技術(shù)可使窯爐結(jié)構(gòu)明顯簡(jiǎn)化、成本大大降低，通常可使窯爐節(jié)能30%左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
（1）高速燃燒器的特點(diǎn)
該燃燒器的優(yōu)點(diǎn)：高速燃燒器可使燃料以超高熱負(fù)荷完全燃燒。燃燒器自身的燃燒室容積很小，燃料在其中能夠基本完全燃燒，故其燃燒室的容積熱強(qiáng)度很高，最高值可達(dá)到6.28×10⁸KJ/(m³ · h)。同時(shí)由于燃燒氣體流速較高，可強(qiáng)化對(duì)流傳熱，改善了爐溫的均勻性，研究表明，爐溫在450--650℃時(shí)，溫差為±3.5℃；爐溫在850--1150℃時(shí)，溫差為±7℃，爐內(nèi)氣氛用于調(diào)節(jié)成氧化性或還原性，過(guò)高空氣系數(shù)很高時(shí)，仍能夠穩(wěn)定燃燒。最大過(guò)剩空氣量可達(dá)50.0，遠(yuǎn)高于調(diào)節(jié)普通燃燒器的2.5.高速燃燒器燃燒氣流溫度可以通過(guò)調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)及煤氣量，在200--1800℃范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)（過(guò)量空氣系數(shù)a在1—50之間），是的高速燃燒器能適應(yīng)各種窯爐的要求。因此，對(duì)于窯爐，加熱器或感知器的溫度可輕松實(shí)現(xiàn)精密調(diào)節(jié)，即可滿足非常苛刻的工藝要求，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，高速燃燒器可使窯爐適用范圍擴(kuò)大。
高速燃燒器的高溫?zé)煔庠谌紵�室�?nèi)劇烈膨脹，燃燒室出口設(shè)有煙氣縮口，所噴出的煙氣速度非常高，通常噴出速度90—120m/s，最高噴出速度可達(dá)200—300m/s，由于噴射速度過(guò)高促使噪聲急劇增高，從而限制了應(yīng)用中選取的速度。高速燃燒器的噴出動(dòng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通燃燒器。高速噴出的高溫?zé)煔饪梢�射大量較低溫度的爐內(nèi)煙氣，形成強(qiáng)烈的煙氣回流，起到攪拌作用，促使煙氣噴射速度改變時(shí)，引射的回流煙氣量也隨之改變。通常回流煙氣量在20—200倍范圍內(nèi)變化。該燃燒器可使降低燃料消耗。由于燃燒效率高，節(jié)約燃料，通常情況下可降低產(chǎn)品燃料消耗15%--50%左右。爐內(nèi)氣體的強(qiáng)烈循環(huán)及攪拌效果好，燃燒室小，散熱損失小，爐內(nèi)氣氛易調(diào)節(jié)等因素，使燃料消耗量減少。與普通加熱爐相比較，煤氣消耗量可減少67%以上，該燃燒器對(duì)燃料量調(diào)節(jié)范圍很廣，能使工業(yè)爐爐體簡(jiǎn)化，便于控制和操作。其調(diào)節(jié)比通常達(dá)到1:50，遠(yuǎn)高于普通燃燒器的調(diào)節(jié)比（1:10）。且該燃燒器操作靈活，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線生產(chǎn)。可抑制NO_x生成，由于燃燒過(guò)程中氧氣的濃度可控制到最低，煙氣在高溫區(qū)域內(nèi)停留時(shí)間短，高溫高速煙氣引射爐內(nèi)較低溫度的煙氣后，本身迅速稀釋而降低溫度，爐內(nèi)煙氣與被加熱物料的強(qiáng)烈換熱，使煙氣溫度急劇降低，因而抑制了NO_x的生成。故高速燃燒器也是低NO_x燃燒器。可減少燃燒器數(shù)目，應(yīng)用普遍燃燒器時(shí)，須采用數(shù)量較多的燃燒器來(lái)保證爐溫均勻，而高速氣流能使?fàn)t溫均勻，故可使燃燒器數(shù)目減少，便于自動(dòng)控制。該燃燒器的缺點(diǎn)需要較高的燃?xì)狻⒖諝鈮毫ΑＨ紵�室要求特殊的耐高溫、耐沖刷材料，否則壽命較短。工作噪聲大，需采用相應(yīng)的消音措施。
（2）高速燃燒器的類型
高速燃燒器可使用氣體燃料和液體燃料，通常是采用氣體燃料和輕質(zhì)燃油，目的是為了便于組織燃燒和方便調(diào)節(jié)。根據(jù)高速燃燒器的用途進(jìn)行劃分，一般可分為兩種類型：1高速不調(diào)溫燃燒器。主要用于快速加熱，這種燃燒器不供二次空氣，過(guò)剩空氣系數(shù)變動(dòng)范圍不大，燃燒氣體的溫度調(diào)節(jié)范圍小。2高速調(diào)溫燃燒器。該燃燒器通常用于熱處理和干燥爐，且大多數(shù)帶有二次風(fēng)，過(guò)剩空氣系數(shù)變化幅度很大，通常在1—50之間，燃燒氣體的溫度調(diào)節(jié)范圍很大，容積內(nèi)的強(qiáng)度達(dá)4200--630×10⁶Kj/（m³ ▪ h）。
高速燃燒器按燃?xì)馀c空氣的混合方式可分為：煤氣空氣非預(yù)混式燒嘴和煤氣空氣混式燒嘴。前者為煤氣與空氣分別地送入燒嘴內(nèi)混合燃燒。后者為煤氣與空氣預(yù)先在混合器內(nèi)混合，然后進(jìn)入燃燒室燃燒。預(yù)混式高速燃燒器的調(diào)節(jié)范圍小，且他不能低于某一流量，否則會(huì)出現(xiàn)回火現(xiàn)象。非預(yù)混時(shí)不受此點(diǎn)限制，可以供給預(yù)熱空氣按燃燒室的結(jié)構(gòu)型式分為帶有陶瓷燃燒室和帶金屬空冷燃燒室兩種。
三、     高速燃燒器的節(jié)能效果
（1）強(qiáng)化對(duì)流傳熱，縮短加熱時(shí)間
高速燃燒器噴出的高速熱氣體具有較大的動(dòng)能，對(duì)爐內(nèi)氣體有強(qiáng)烈的攪拌和卷吸作用，可帶動(dòng)相對(duì)于噴出氣流幾倍到及幾十倍體積的爐氣一起運(yùn)動(dòng)，在爐膛內(nèi)形成強(qiáng)烈的循環(huán)氣流，從而提高了陸琪對(duì)被加熱工件的對(duì)流換熱量。當(dāng)高溫氣流直接沖刷被加熱工件表面時(shí)，減薄了工件表面的層流邊界層，可改變?cè)瓉?lái)以輻射傳熱為主（占總傳熱量80%--90%）的高溫爐，變?yōu)橐詫?duì)流傳熱為主（占總傳熱量70%--80%）的新型爐。當(dāng)噴出速度為200—300m/s時(shí)，對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為800—1250kJ/(m²  ▪ h ▪ ℃)。由于對(duì)流換熱量的增加，將促使排煙溫度降低，排煙損失降低；同時(shí)由于爐墻溫度降低，期許熱河散熱損失將減少。提高了加熱速度，縮短了加熱時(shí)間，綜合節(jié)能效果可達(dá)30%以上。
（2）提高了爐內(nèi)溫度均勻性縮短均勻時(shí)間
由于高速燃燒器噴出的高速氣流對(duì)爐氣的卷吸和攪拌作用，爐內(nèi)溫差可減少到±（0.5—1.5）℃，從而縮短了工件的均熱時(shí)間，提高了爐子的生產(chǎn)率，同時(shí)也節(jié)約了燃料。