工业窑炉高效节能燃烧装置及技术

 

工业窑炉高效节能燃烧装置及技术
燃料的完全燃烧是节约能源的关键之一。在工业窑炉中，关于燃烧技术方向的节能潜力非常大，因此，工业窑炉的一个重要的节能途径就是采用新型的燃烧装置或技术，窑炉燃烧装置的基本作用是保证燃烧在窑炉中具有燃烧形态、燃烧工程、保证窑炉具有良好的经济效益，并满足窑炉生产工艺的要求。对于以燃烧获得热能的工业窑炉来讲，应该充分利用低空气系数燃烧技术，排烟余热预热燃烧用空气和燃料的技术、富氧燃烧技术等。
要保证工业窑炉生产工艺及经济效益的要求，对于窑炉燃烧装置有如下要求：按照窑炉炉型和生产工艺要求，在窑炉规定的热负荷条件下，应保证燃烧能完全燃烧（无氧化加热炉除外），保证火焰具有一定的外形，并保证较低的能耗。同时根据窑炉炉温的变化，要保证有稳定的燃烧过程和良好的操作条件，不仅要保证安全生产，并且方便操作和管理。
一、     高速燃烧器燃烧技术
高速燃烧器有两个作用，一是能使燃气在非常高的热强度下燃烧，二是高温烟气以非常高的流速（200—300m/s）从燃烧室喷出，从而实现快速对流换热。高速燃烧器通常是指燃烧产生物及其火焰的喷射速度大于90m/s的燃烧器，多数情况下为100m/s以上。燃气和空气在燃烧室内进行强烈混合和燃烧，完全燃烧的高温烟气以非常高的速度喷金炉内，与物料进行强烈对流换热。随着燃烧技术的飞速发展，高速燃烧器已在金属材料加热、煅造、冲压、陶瓷、非金属材料干燥等方面得到广泛应用。高速燃烧器即可提高炉子的生产率，又可降低燃料的消耗与金属烧损。采用对流换热来代替一般的火焰炉辐射换热，能使热耗降低30%--50%。
二、     高速燃烧器的特点和类型
高速燃烧其实工业窑炉应用较广的一种速热燃烧装置，通常情况下，本身带有一个燃烧室，燃料和空气混合，在燃烧室内能够实现完全燃烧（≥85%），燃烧后形成的高温烟气借助于膨胀压力从燃烧器喷口高速喷出。高速燃烧器的基本原理相当于简单的喷气式发动机。燃料在燃烧室或燃烧坑到前半部基本上能够燃烧完全，原因是密闭的燃烧室能保持足够的压力，使高温的燃烧气体以100—300m/s的高速喷出，高速气流可促使炉内气流循环，强化对流传热，同时可提高炉内温度的均匀性，实现工业窑炉快速加热，并可减少工业氧化烧损，达到节能和提高生产质量的目的。如果在燃烧室出口处或燃烧坑道的后半部供给能够调节的二次风，即可以实现燃烧气流温度的调节，构成高速调温燃烧器。另外，高速燃烧器可通过过剩空气和燃气来改善其工作性能，甚至还能使用多种燃料进行燃烧，说明其燃料适应性非常强。采用高速燃烧器技术可使窑炉结构明显简化、成本大大降低，通常可使窑炉节能30%左右，具有良好的经济效益。
（1）高速燃烧器的特点
该燃烧器的优点：高速燃烧器可使燃料以超高热负荷完全燃烧。燃烧器自身的燃烧室容积很小，燃料在其中能够基本完全燃烧，故其燃烧室的容积热强度很高，最高值可达到6.28×10⁸KJ/(m³ · h)。同时由于燃烧气体流速较高，可强化对流传热，改善了炉温的均匀性，研究表明，炉温在450--650℃时，温差为±3.5℃；炉温在850--1150℃时，温差为±7℃，炉内气氛用于调节成氧化性或还原性，过高空气系数很高时，仍能够稳定燃烧。最大过剩空气量可达50.0，远高于调节普通燃烧器的2.5.高速燃烧器燃烧气流温度可以通过调节一、二次风及煤气量，在200--1800℃范围内自由调节（过量空气系数a在1—50之间），是的高速燃烧器能适应各种窑炉的要求。因此，对于窑炉，加热器或感知器的温度可轻松实现精密调节，即可满足非常苛刻的工艺要求，提高产品的质量和产量，高速燃烧器可使窑炉适用范围扩大。
高速燃烧器的高温烟气在燃烧室内剧烈膨胀，燃烧室出口设有烟气缩口，所喷出的烟气速度非常高，通常喷出速度90—120m/s，最高喷出速度可达200—300m/s，由于喷射速度过高促使噪声急剧增高，从而限制了应用中选取的速度。高速燃烧器的喷出动量远远高于普通燃烧器。高速喷出的高温烟气可引射大量较低温度的炉内烟气，形成强烈的烟气回流，起到搅拌作用，促使烟气喷射速度改变时，引射的回流烟气量也随之改变。通常回流烟气量在20—200倍范围内变化。该燃烧器可使降低燃料消耗。由于燃烧效率高，节约燃料，通常情况下可降低产品燃料消耗15%--50%左右。炉内气体的强烈循环及搅拌效果好，燃烧室小，散热损失小，炉内气氛易调节等因素，使燃料消耗量减少。与普通加热炉相比较，煤气消耗量可减少67%以上，该燃烧器对燃料量调节范围很广，能使工业炉炉体简化，便于控制和操作。其调节比通常达到1:50，远高于普通燃烧器的调节比（1:10）。且该燃烧器操作灵活，能实现自动化流水线生产。可抑制NO_x生成，由于燃烧过程中氧气的浓度可控制到最低，烟气在高温区域内停留时间短，高温高速烟气引射炉内较低温度的烟气后，本身迅速稀释而降低温度，炉内烟气与被加热物料的强烈换热，使烟气温度急剧降低，因而抑制了NO_x的生成。故高速燃烧器也是低NO_x燃烧器。可减少燃烧器数目，应用普遍燃烧器时，须采用数量较多的燃烧器来保证炉温均匀，而高速气流能使炉温均匀，故可使燃烧器数目减少，便于自动控制。该燃烧器的缺点需要较高的燃气、空气压力。燃烧室要求特殊的耐高温、耐冲刷材料，否则寿命较短。工作噪声大，需采用相应的消音措施。
（2）高速燃烧器的类型
高速燃烧器可使用气体燃料和液体燃料，通常是采用气体燃料和轻质燃油，目的是为了便于组织燃烧和方便调节。根据高速燃烧器的用途进行划分，一般可分为两种类型：1高速不调温燃烧器。主要用于快速加热，这种燃烧器不供二次空气，过剩空气系数变动范围不大，燃烧气体的温度调节范围小。2高速调温燃烧器。该燃烧器通常用于热处理和干燥炉，且大多数带有二次风，过剩空气系数变化幅度很大，通常在1—50之间，燃烧气体的温度调节范围很大，容积内的强度达4200--630×10⁶Kj/（m³ ▪ h）。
高速燃烧器按燃气与空气的混合方式可分为：煤气空气非预混式烧嘴和煤气空气混式烧嘴。前者为煤气与空气分别地送入烧嘴内混合燃烧。后者为煤气与空气预先在混合器内混合，然后进入燃烧室燃烧。预混式高速燃烧器的调节范围小，且他不能低于某一流量，否则会出现回火现象。非预混时不受此点限制，可以供给预热空气按燃烧室的结构型式分为带有陶瓷燃烧室和带金属空冷燃烧室两种。
三、     高速燃烧器的节能效果
（1）强化对流传热，缩短加热时间
高速燃烧器喷出的高速热气体具有较大的动能，对炉内气体有强烈的搅拌和卷吸作用，可带动相对于喷出气流几倍到及几十倍体积的炉气一起运动，在炉膛内形成强烈的循环气流，从而提高了陆琪对被加热工件的对流换热量。当高温气流直接冲刷被加热工件表面时，减薄了工件表面的层流边界层，可改变原来以辐射传热为主（占总传热量80%--90%）的高温炉，变为以对流传热为主（占总传热量70%--80%）的新型炉。当喷出速度为200—300m/s时，对流换热的表面传热系数为800—1250kJ/(m²  ▪ h ▪ ℃)。由于对流换热量的增加，将促使排烟温度降低，排烟损失降低；同时由于炉墙温度降低，期许热河散热损失将减少。提高了加热速度，缩短了加热时间，综合节能效果可达30%以上。
（2）提高了炉内温度均匀性缩短均匀时间
由于高速燃烧器喷出的高速气流对炉气的卷吸和搅拌作用，炉内温差可减少到±（0.5—1.5）℃，从而缩短了工件的均热时间，提高了炉子的生产率，同时也节约了燃料。