浅谈蓄热式燃烧的几个关键问题

工业技术浅谈蓄热式燃烧的几个关键问题党鹏’武绍井2朱伟紊2(1.山东鑫峰电力工程设计有限公司山东济南2501O0;2.东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004)摘要:分析了蓄热式燃烧系统中目前存在的蓄热体选择、换向阀设计、换向时间确定以及蓄热室内气流均匀分布四个方气流分布文章编号:1672一3791(2007)05(b)一0018一01面的问题，并指出解决问题的方向关键词:蓄热式燃烧蓄热体换向阀换向时间文献标识码:A中图分类号:TFI1前言热体堵塞问题。这种蓄热体在使用两个月后，蓄热式燃烧技术是20世纪90年代以来，蓄热体的部分小孔会被堵塞，需要经常更换被在发达国家推广应用的一种新型燃烧技术。它堵塞得蓄热体，(2)蜂窝蓄热体使用寿命问题.的最大特点是节省燃料，减少排放，被誉为21世纪几大关键技术之一。我C02和Nox的在生产实践中已经发现靠近炉膛高温侧的个别蓄热体出现烧裂甚至烧碎的现象，原因应该是国是能源消耗大国，但是能源利用率比发达国蓄热体材料的耐火度和抗极冷极热性能不够家低很多，Co:11%的排放量仅次于美国，占全好，有待研究解决蓄热体材料的材质，提高其球总排放量的。推广应用蓄热式燃烧技术耐火度和抗极冷极热性，保证蓄热体寿命;(3)有利于提高我国能源利用率、改善环境污染、蓄热体更换方便的问题。蓄热体被堵塞以及靠降低企业生产成本、提高企业的竞争力1]2。近炉膛侧蓄热体被烧坏后，必须进行更换。由蓄热式燃烧技术主要特点有如下几个方于蓄热室内空间紧凑，空隙小，因此更换蓄热面:(1)采用蓄热室回收烟气余热，能最大限度体比较困难。要从蓄热室结构设计方面考虑此的回收高温烟气的显热，(2)可将空气预热到问题，达到能在不停产的情况下进行更换，而1(X刃℃左右，且炉内温度分布均匀;(3)不仅可且易于操作川。以避免一般情况下高温热力Nox的生成，还2.2能进一步减少No:的排放tZ].蓄热体材料方面，常用的有陶瓷、碳素蓄热体材料钢、不锈钢、耐热钢等。陶瓷材料在873K以2蓄热体的选择下，比热容c值高，蓄热体热导值较高，蓄蓄热体是蓄热式燃烧技术最关键的组成部热效果好。换热过程中，热交换平均温差在分，直接影响蓄热室的大小、热效率和经济效300K左右，温差压强小，不易出现破裂、剥益的高低。评价蓄热体的性能时，热效率、温落等现象，耐腐蚀.碳素钢材料在873一度效率、阻力损失、使用寿命、清灰难易等都1373K时，c值大、热导率入值较高、传热是重要指标。一般来说，对蓄热体要求是:蓄速度快、辐射能力较强。用碳素钢制作的蓄热热量大，换热速度快，高温下结构强度高，可体，其换热器E值高。碳素钢价廉，制造维承受较大的热应力，频繁冷热变换时无脆裂、修方便，成本较低。不锈钢、耐热钢等材料具脱落和变形，性价比高等13。蓄热体的选择可有较强的抗腐蚀性能能够满足在较浓腐蚀性气从蓄热体形状以及蓄热体材料两方面考虑。体中使用的要求，使用温度范围大，热交换性2.1蓄热体形状选择能较好。常用的蓄热体形状有球状、蜂窝状、片状和管状等，其中以蓄热小球和蜂窝状蓄热体3换向阀的设计的应用最为普遍。旋转式四通换向阀是角位移阀，不管管2.1.1蓄热小球道直径多大，阀杆旋转90就能达到换向目的，蓄热小球是目前国内应用最广泛的蓄热所以此阀体积小，动作十分灵活;另外此阀的体，它的特点是制造工艺简单，安装方便，可特殊密封结构，大大改善了其密封性能，使用重复利用;缺点是蓄热能力受高度和比表面积寿命比较长。的影响，阻力损失较大，吸热/放热速度较慢。直通式四通换向阀用一只阀代替四只阀，一般来说，蓄热体的比表面积越大，高度越高，使整个换向系统集中简捷，该阀共有4个气体它的热效率和温度效率则越高。但有实验研究通道，换向时靠气缸或液压缸带动两根阀杆升发现:当蓄热小球的比表面积大于250m2/m3降，阀杆上的阀板用以开闭不同气体通道，完时，再增大蓄热小球的比表面积对各项热工成换向。这种阀相对较小，采用分散控制方式，指标的影响并不明显，最佳球径为巧一ZQmnl。使操作更加灵活，从而实现对炉温的精确控制对于一定球径的蓄热体，其高度也有一个最佳并可达到均衡的炉温1)2。范围，再增大时蓄热体的高度对各项热工指标的影响也不明显。此外，随着蓄热小球球径的4换向时间的确定减小或高度的增加，蓄热体的阻力损失增大。换向装置的切换时间影响蓄热体的温度效2.1.2蜂窝蓄热体率和热效率，同时对炉温波动幅度和火焰燃烧蜂窝体由于壁薄，孔间距离小，和蓄热状况也有很大影响，因此需要确定合适的换向J，、球相比，具有比表面积大，吸热/放热速度时间。一方面，换向时间增加后，蓄热体的蓄快，有效流通面积大和阻力损失小等优点川。热量会增加，蓄热体的温度相应升高，进而强但蜂窝蓄热体还有以下几个技术问题有待解化了放热阶段冷空气与蓄热体的对流换热，可决:(1)蜂窝蓄热体的堵塞问题。从目前国内一促进余热回收率的升高。另一面，换向时间些使用蜂窝状蓄热体的实际情况来看，存在蓄的增加将使流过蓄热体的空气总质量不断升18科技资讯SCIENCE&一〔C日NOLOOYINFORMATION高，在蓄热量一定的情况下，单位质量的空气所能带走的热量必然降低，就不能维持较高的余热回收率水平，所以选取合适的换向时间是非常重要的。由于经过换热后的烟气温度很低，所以对换向阀的材料无特殊要求。但是，因为换向次数频繁，易造成换向阀磨损，所以要求换向阀应有较长的工作寿命和较高的工作可靠性。最佳的换向时间需根据系统的实际情况进行成本—效益综合分析确定1)3。5蓄热室内气流的均匀分布一般蓄热室的构造是符合分流定则的。在加热期，高温烟气由上向下流动，在冷却期，被预热气体由下向上流动。这是促使气流均匀分布的重要条件。但是实际上蓄热室横截面上气流分布仍然很不均匀。某座平炉蓄热室中气流分布的实测结果表明:在加热期，76.5%的高温烟气在蓄热室的左半侧通过，其余32.5%在右半侧通过，在冷却期，7既的空气在蓄热室右半侧通过，其余3既在左半侧通过。蓄热室内气流分布的状况将影响蓄热室热交换的能力、风温水平、蓄热体寿命等，所以提高蓄热室内气流分布的均匀性是一个迫切需要解决的问题。6结论(1)蓄热球是较成熟的蓄热体，但其比表面积较小;蜂窝状蓄热体需重点提高其耐久性以及耐极冷极热性能。(2)换向阀的设计应考虑其体积小、反应速度快、耐磨损、使用寿命长等因素。(3)换向时间是蓄热式燃烧系统的重要因素，它对蓄热室的温度效率和热效率起决定性作用，确定某个蓄热式燃烧系统的最佳换向时间尤为必要。(4)改善蓄热室内气流的分布，可以提高蓄热室的热交换能力，避免局部蓄热体过热，从而提高蓄热体使用寿命。参考文献【]1李忠友.高温低氧燃烧技术的关键设备一蜂窝状蓄热式热交换器的优化设计川.工业加热，2005(3):58一60.]2[温治，代朝红.蓄热式高温空气燃烧技术的研究现状及应用前景分析t]J.河南冶金，2002(6):6一7.【13温良英，张正荣，韩明荣.蓄热式燃烧技术的研究及应用进展[]J.四川冶金，2()X1(1):36一41.