— 新聞動態(tài) —
NEWS CENTER郵箱:congridong@163.com
手機:13606496773
電話:0631-5577868
地址:威海市臨港經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)江蘇西路88-1號
發(fā)布時間:2021-09-23 07:34:36 人氣:
1.背景-傳統(tǒng)有焰燃燒
在傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)中,火焰由燃料和助燃空氣的混合物組成,并形成一個穩(wěn)定的火焰前端,在火焰前端會有一個溫度和濃度梯度的劇變,并在高溫鏈式反應和對流熄火之間形成一個平衡,火焰穩(wěn)定性通過以下兩種方式獲得:高溫煙氣循環(huán)、較大的濃度和溫度梯度,這一般通過流體動力學手段得到(如鈍體、旋流,等等)。
在燒嘴內(nèi)和燒嘴附近的穩(wěn)定火焰前端,可通過火檢檢測到光電效應,如UV輻射和電離效應,通過圖1可以看到傳統(tǒng)火焰的溫度和OH原子分布??梢娀鹧嬉部梢蕴崾静僮鞴と思訜釥t燃燒系統(tǒng)運行正常。
在對于傳統(tǒng)火焰,局部煙氣溫度非常高,反應物在與爐膛煙氣混合之前就燃燒,溫度接近絕熱燃燒溫度,通過圖1可以看出:富燃料區(qū)的絕熱燃燒溫度很容易就達到1800-2000,這個值可通過測量火焰前端的溫度峰值得到,較高的溫度峰值可有效穩(wěn)定火焰,但也是熱力型NOx的主要生成途徑,并且會引起熱流密度的不均勻性。
2.無焰燃燒及優(yōu)勢
有焰燃燒模式在很多工業(yè)應用中占絕對主導地位,也存在于自然和人工火焰中,但這并不是在燃燒腔內(nèi)產(chǎn)生可控火焰的唯一方式,在高溫區(qū)(反應物溫度約大于850),并且最好是空氣預熱時,通過有意的抑制火焰前端可形成無焰燃燒。對于無焰模式,燃燒反應是在高于自燃點溫度、分散的大空間內(nèi)下發(fā)生的,這與傳統(tǒng)火焰在一個集中的、大旋流的、拉伸的火焰前端形成對比,無焰燃燒沒有火焰前端、沒有可見火焰、沒有UV及電離檢測信號、沒有噪音,CO和NOx被降低到較低水平。
無焰燃燒通過在實驗爐上測試發(fā)現(xiàn),煙氣循環(huán)倍率Kv是一個很重要的參數(shù),它是循環(huán)煙氣質(zhì)量流量與反應物質(zhì)量流量之比。
Kv=Mrec/(Mair+Mfuel)
結(jié)果如圖2所示,當溫度高于850,在自燃點之上,煙氣循環(huán)倍率約大于3時,且氣體噴入速度較高時,就會建立一個沒有火焰的穩(wěn)定反應區(qū),該區(qū)域稱為無焰反應區(qū),對于傳統(tǒng)火焰當Kv>0.3-0.5時就很難組織起穩(wěn)定火焰,中間區(qū)域被稱為不穩(wěn)定燃燒反應區(qū),無焰燃燒沒有可見火焰且噪音非常低(約15dBA)。
圖2煙氣循環(huán)倍率
為了使燃燒發(fā)生,要求至少局部的反應物溫度必須高于自燃點溫度,條件是連續(xù)式加熱爐在850以上運行,在這個過程中,根據(jù)安全規(guī)則,火檢可以免除,沒有熄火風險,因此一旦高于自燃點就是安全的,燃燒模式就可以通過人為設(shè)計來避免穩(wěn)定的火焰前端。
3.如何得到無焰燃燒
天然氣高速燒嘴是一個很好的案例,對于傳統(tǒng)火焰,空氣和燃料噴到主燃室內(nèi)進行混合以形成穩(wěn)定火焰,通過圖3可以看到傳統(tǒng)高速燒嘴的穩(wěn)定火焰(使用冷空氣)。
如圖3下半部分所示,燃料噴到爐氣內(nèi),并且遠離助燃空氣,同樣,空氣也是以很高的流速噴入爐膛與煙氣混合,空煤氣在混合之前首先分別與煙氣混合,其溫度接近煙氣溫度且高于自燃點,就產(chǎn)生無焰燃燒:沒有可視火焰,沒有集中的火焰前端,燃燒是在一個大空間爐膛內(nèi)進行,并且能夠燃燒完全。
如圖3所示,無焰燃燒關(guān)鍵是煙氣溫度均勻,這是因為燃燒是在卷入越來越多的煙氣過程中逐漸發(fā)生的,但對于傳統(tǒng)火焰,火焰前端卷入的煙氣減少,反應區(qū)就產(chǎn)生局部高溫。
圖3中,首先假設(shè)無焰燃燒采用預熱空氣(空氣預熱更好,但不是必要條件),其中T(煙氣最高溫度和最低溫度之差)受到燃燒過程的影響,T較大時表明被加熱工件的熱流密度不均勻,T較小說明爐氣攪動較好且溫度趨于均勻。
上面提到的有焰、無焰的差別也是無焰燃燒的NOx非常低的原因,這也是使用高溫空氣預熱的關(guān)鍵,使用蓄熱式或分散式的預熱器可將空氣預熱至800-1200,無焰燃燒無局部高溫,可避免燃燒器金屬材質(zhì)的燒壞和熱力型NOx的生成。
無焰燃燒可通過多種空煤氣噴口布置來實現(xiàn),圖3是其中一種方式,無焰燃燒也可用于其他工藝如蒸汽發(fā)生器、垃圾熱處理、發(fā)動機氣體燃燒室等,基本原則和穩(wěn)定燃燒的條件是:溫度高于自燃點,與煙氣大量混合稀釋。
4.低熱值燃料、油和煤
無焰燃燒不僅僅局限于高熱值氣體燃料(如天然氣),也能用于低熱值氣體燃料(如工業(yè)過程回收的煤氣)或者液體和固體燃料,圖4,再一次比較了燃油的有焰和無焰(空氣預熱)狀態(tài)。
對于兩種燃燒模式,化學反應路徑不同,污染物生成和熱流分布也不同,無焰燃燒技術(shù)可應用于清潔燃燒和提高熱過程工藝。
5.無焰燃燒的其他名稱
無焰燃燒是用來描述以上現(xiàn)象的非專利的、通用的標簽,也有幾個不同的表述,具體舉例如下:
-HTAC(High TemperatureAir Combution).
-mild combustion.
-dilute combustion.
-Fuel Direcr Injection(FDI,由Tokyo GasCompany提出的)。
無焰燃燒的這些名稱有的基于沒有火焰前端,有的基于高溫空氣,或者是空燃料的稀釋(混合之前氧氣濃度低于21%),這些技術(shù)都是為了降低T和NOx排放。
注:本論文參考J.G.Wunning研究成果。
相關(guān)推薦