高温空气燃烧技术 Technology of High Temperature Air Combustion

高温空气燃烧技术高温空气燃烧技术Technology of High Temperature Air Combustion

常规燃烧方式——常规燃烧方式——

常 规回热器< 600℃

空气 200-300 ℃

1350℃ 掺冷燃料

NOx

高 NOx 排放高温排烟集中回热

关键部件关键部件—— 蜂巢蓄热体

—— 技术含量和 工业制造水平

换热的比表面积（ m2/m3 ）

1340240

1/10重量 1

切换时间（ s ） 120 30

直线、大

2.5 X2.5X0.4 mm

形状和通流面积压力损失 低高

曲线、小

- - 基本原理基本原理

- - 超低超低 NOx NOx 燃烧燃烧

- - 投资投资 ++ 运行费用运行费用

- - 关键技术关键技术

- - 适用的燃料适用的燃料

技术的先进性和关键

烧嘴 A 烧嘴 B交替切换

钢坯

Nox 排放

燃料燃料

陶瓷球型蓄热体

废气

空气

废气切换阀

(1620 K)

预热空气(1270 K)

分散式余热回收方式

出处： NKK 公司（日本）：“蓄热式烧嘴加热炉概要及其在钢铁设备上的应用”

基本原理——基本原理——

25-30%以往的水平

预热前窑炉出口排烟温度 (℃) 1400

1200

1000

800

600

400

50-60%

70 60 50 40 30 20 10 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400预热空气温度

燃料节约率

%

℃出处： NFK 公司（日本 ) ：产品目录

节能潜力

节能潜力

超低超低N

Ox

NO

x

燃烧技

燃烧技

术术

燃烧区氧气浓度 (%)

不燃烧领域

传统技术

要脱硝

预热空气温度

K

低 NOx 稳定燃烧

出处： NKK 公司（日本）：“蓄热式烧嘴加热炉概要及其在钢铁设备上的应用”

F1 ：供给中央喷管F2 ：直接喷入炉内燃烧用空气

高温预热

陶瓷蓄热体

1620 K

燃料 炉内 O2<15% ( 甚至 <2%)

燃烧器结构燃烧器结构

关键技术关键技术 :: 蓄热体—— 技术关键之一

材料—— 影响装置小型化、换热效率和经济效益

- - 陶瓷类（碳化硅及非金属耐火材料）陶瓷类（碳化硅及非金属耐火材料） - - 耐热耐蚀钢类耐热耐蚀钢类 - - 碳素钢类碳素钢类

要求： - - 蓄热量（蓄热量（ ccpp ）大）大 - - 换热速率（换热速率（ ）高）高 - - 高温结构强度好：温差压强、高高温结构强度好：温差压强、高 频变换、无脆裂、剥落和变形频变换、无脆裂、剥落和变形 - - 抗氧化和腐蚀抗氧化和腐蚀 - - 经济经济

蜂巢状蓄热体 —— 日本 NFK & NKK

- 氧化铝，通道矩形断面边长 2.5 mm ，壁厚 0.4 mm

- 优化组合余热回收率、耐久性能、蜂巢形状、网目、壁厚 和分割、最佳切换时间- 换热比表面积： 1340 m2/m3 （常规球状蓄热体： 240 ）- 重量：常规蓄热体 1/10

- 切换时间： 120 s( 常规 ) 30 s

- 高速蓄热和换热能力，进一步改善空气预热动态换热特性- 直线蜂窝通道，通流面积大，压损低，不易堵塞- 换热前后排烟温度相差无几（典型： 50-100℃ ），空气预 热温度接近炉温（差 50-100℃ ）。

F1 ：供给中央喷管F2 ：直接喷入炉内燃烧用空气

高温预热

陶瓷蓄热体

1620 K

燃料 炉内 O2<15% ( 甚至 <2%)

炉内气流结构炉内气流结构

关键技术关键技术 :: 一次和二次燃料比例

200

150

100

50

00 10 20 30 40F1/(F1+F2)

NO

x (换算为

O2

= 1

1%

）

ppm

烟气温度 1350 ℃

1100 ℃

出处： NFK 公司（日本 ) ：产品目录

一次燃料燃烧耗氧量

NOx ?

关键技术关键技术::

如何创造贫氧条件

二次燃料喷入主气流射流的回流区中

- 过低：不足以消耗足够的氧

- 过高：可能大量生成 NOx

最佳比例！

估计：一次射流区外： 15%贫氧，耗 1/4 氧，一次燃料量亦占总量 1/4

局部过剩空气系数 << 1

总过剩空气系数0 > 1

炉内气流混合

关键技术关键技术二次燃料通道几何参数

与已燃气体充分混合

射流角度和深度

实验手段数值模拟

KNOW HOW