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工業窯爐高效節能燃燒裝置及技術

 

工業窯爐高效節能燃燒裝置及技術
燃料的完全燃燒是節約能源的關鍵之一。在工業窯爐中，關于燃燒技術方向的節能潛力非常大，因此，工業窯爐的一個重要的節能途徑就是采用新型的燃燒裝置或技術，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、燃燒工程、保證窯爐具有良好的經濟效益，并滿足窯爐生產工藝的要求。對于以燃燒獲得熱能的工業窯爐來講，應該充分利用低空氣系數燃燒技術，排煙余熱預熱燃燒用空氣和燃料的技術、富氧燃燒技術等。
要保證工業窯爐生產工藝及經濟效益的要求，對于窯爐燃燒裝置有如下要求：按照窯爐爐型和生產工藝要求，在窯爐規定的熱負荷條件下，應保證燃燒能完全燃燒（無氧化加熱爐除外），保證火焰具有一定的外形，并保證較低的能耗。同時根據窯爐爐溫的變化，要保證有穩定的燃燒過程和良好的操作條件，不僅要保證安全生產，并且方便操作和管理。
一、     高速燃燒器燃燒技術
高速燃燒器有兩個作用，一是能使燃氣在非常高的熱強度下燃燒，二是高溫煙氣以非常高的流速（200—300m/s）從燃燒室噴出，從而實現快速對流換熱。高速燃燒器通常是指燃燒產生物及其火焰的噴射速度大于90m/s的燃燒器，多數情況下為100m/s以上。燃氣和空氣在燃燒室內進行強烈混合和燃燒，完全燃燒的高溫煙氣以非常高的速度噴金爐內，與物料進行強烈對流換熱。隨著燃燒技術的飛速發展，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用。高速燃燒器即可提高爐子的生產率，又可降低燃料的消耗與金屬燒損。采用對流換熱來代替一般的火焰爐輻射換熱，能使熱耗降低30%--50%。
二、     高速燃燒器的特點和類型
高速燃燒其實工業窯爐應用較廣的一種速熱燃燒裝置，通常情況下，本身帶有一個燃燒室，燃料和空氣混合，在燃燒室內能夠實現完全燃燒（≥85%），燃燒后形成的高溫煙氣借助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當于簡單的噴氣式發動機。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，高速氣流可促使爐內氣流循環，強化對流傳熱，同時可提高爐內溫度的均勻性，實現工業窯爐快速加熱，并可減少工業氧化燒損，達到節能和提高生產質量的目的。如果在燃燒室出口處或燃燒坑道的后半部供給能夠調節的二次風，即可以實現燃燒氣流溫度的調節，構成高速調溫燃燒器。另外，高速燃燒器可通過過剩空氣和燃氣來改善其工作性能，甚至還能使用多種燃料進行燃燒，說明其燃料適應性非常強。采用高速燃燒器技術可使窯爐結構明顯簡化、成本大大降低，通常可使窯爐節能30%左右，具有良好的經濟效益。
（1）高速燃燒器的特點
該燃燒器的優點：高速燃燒器可使燃料以超高熱負荷完全燃燒。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度很高，最高值可達到6.28×10⁸KJ/(m³ · h)。同時由于燃燒氣體流速較高，可強化對流傳熱，改善了爐溫的均勻性，研究表明，爐溫在450--650℃時，溫差為±3.5℃；爐溫在850--1150℃時，溫差為±7℃，爐內氣氛用于調節成氧化性或還原性，過高空氣系數很高時，仍能夠穩定燃燒。最大過剩空氣量可達50.0，遠高于調節普通燃燒器的2.5.高速燃燒器燃燒氣流溫度可以通過調節一、二次風及煤氣量，在200--1800℃范圍內自由調節（過量空氣系數a在1—50之間），是的高速燃燒器能適應各種窯爐的要求。因此，對于窯爐，加熱器或感知器的溫度可輕松實現精密調節，即可滿足非常苛刻的工藝要求，提高產品的質量和產量，高速燃燒器可使窯爐適用范圍擴大。
高速燃燒器的高溫煙氣在燃燒室內劇烈膨脹，燃燒室出口設有煙氣縮口，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200—300m/s，由于噴射速度過高促使噪聲急劇增高，從而限制了應用中選取的速度。高速燃燒器的噴出動量遠遠高于普通燃燒器。高速噴出的高溫煙氣可引射大量較低溫度的爐內煙氣，形成強烈的煙氣回流，起到攪拌作用，促使煙氣噴射速度改變時，引射的回流煙氣量也隨之改變。通常回流煙氣量在20—200倍范圍內變化。該燃燒器可使降低燃料消耗。由于燃燒效率高，節約燃料，通常情況下可降低產品燃料消耗15%--50%左右。爐內氣體的強烈循環及攪拌效果好，燃燒室小，散熱損失小，爐內氣氛易調節等因素，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，該燃燒器對燃料量調節范圍很廣，能使工業爐爐體簡化，便于控制和操作。其調節比通常達到1:50，遠高于普通燃燒器的調節比（1:10）。且該燃燒器操作靈活，能實現自動化流水線生產。可抑制NO_x生成，由于燃燒過程中氧氣的濃度可控制到最低，煙氣在高溫區域內停留時間短，高溫高速煙氣引射爐內較低溫度的煙氣后，本身迅速稀釋而降低溫度，爐內煙氣與被加熱物料的強烈換熱，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。可減少燃燒器數目，應用普遍燃燒器時，須采用數量較多的燃燒器來保證爐溫均勻，而高速氣流能使爐溫均勻，故可使燃燒器數目減少，便于自動控制。該燃燒器的缺點需要較高的燃氣、空氣壓力。燃燒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燃油，目的是為了便于組織燃燒和方便調節。根據高速燃燒器的用途進行劃分，一般可分為兩種類型：1高速不調溫燃燒器。主要用于快速加熱，這種燃燒器不供二次空氣，過剩空氣系數變動范圍不大，燃燒氣體的溫度調節范圍小。2高速調溫燃燒器。該燃燒器通常用于熱處理和干燥爐，且大多數帶有二次風，過剩空氣系數變化幅度很大，通常在1—50之間，燃燒氣體的溫度調節范圍很大，容積內的強度達4200--630×10⁶Kj/（m³ ▪ h）。
高速燃燒器按燃氣與空氣的混合方式可分為：煤氣空氣非預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混合燃燒。后者為煤氣與空氣預先在混合器內混合，然后進入燃燒室燃燒。預混式高速燃燒器的調節范圍小，且他不能低于某一流量，否則會出現回火現象。非預混時不受此點限制，可以供給預熱空氣按燃燒室的結構型式分為帶有陶瓷燃燒室和帶金屬空冷燃燒室兩種。
三、     高速燃燒器的節能效果
（1）強化對流傳熱，縮短加熱時間
高速燃燒器噴出的高速熱氣體具有較大的動能，對爐內氣體有強烈的攪拌和卷吸作用，可帶動相對于噴出氣流幾倍到及幾十倍體積的爐氣一起運動，在爐膛內形成強烈的循環氣流，從而提高了陸琪對被加熱工件的對流換熱量。當高溫氣流直接沖刷被加熱工件表面時，減薄了工件表面的層流邊界層，可改變原來以輻射傳熱為主（占總傳熱量80%--90%）的高溫爐，變為以對流傳熱為主（占總傳熱量70%--80%）的新型爐。當噴出速度為200—300m/s時，對流換熱的表面傳熱系數為800—1250kJ/(m²  ▪ h ▪ ℃)。由于對流換熱量的增加，將促使排煙溫度降低，排煙損失降低；同時由于爐墻溫度降低，期許熱河散熱損失將減少。提高了加熱速度，縮短了加熱時間，綜合節能效果可達30%以上。
（2）提高了爐內溫度均勻性縮短均勻時間
由于高速燃燒器噴出的高速氣流對爐氣的卷吸和攪拌作用，爐內溫差可減少到±（0.5—1.5）℃，從而縮短了工件的均熱時間，提高了爐子的生產率，同時也節約了燃料。