自预热式烧嘴技术

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1、自预热式烧嘴技术关于燃气烧嘴问题的研究从以下四个方面进行阐述：一、高温空气燃烧技术基本原理及关键技术。二、高效空气自身预热式燃气烧嘴结构简介。三、如何达到燃气烧嘴的关键硬指标。四、燃气烧嘴的仿制思路。一、高温空气燃烧技术基本原理及关键技术：高温空气燃烧技术的基本思想是让燃料在高温低氧体积浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高、热回收率高的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为400～800℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃

2、烧和高速气流卷吸附辐射管内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3%～15%(体积比)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧方式一方面使燃烧室内的温度整体升高且分布更趋均匀，使燃料消耗显著降低。降低燃料消耗也就意味着减少了CO2、氮氧化物(NOX)等气体的排放。氮氧化物(NOX)是造成大气污染的重要来源之一，NOX的生成速度主要与燃烧

3、过程中的火焰最高温度及氮、氧的浓度有关，其中温度是影响热力型NOX的主要因素，Zeldovch等人通过试验及推导得出：NOX生成速度=3×1014[N2][O2]×exp（-54200/RT），其中[N2][O2]为N2和O2的浓度。由上式可知NOX生成度与温度呈指数关系，在燃烧温度低于1500℃时，NOX生成很少，但当温度达到1500℃时，每升高100℃，NOX生成速度就增加6~7倍。高温空气燃烧技术与传统燃烧相比没有燃烧的局部高温区，同时也降低了氮、氧的浓度；此外，由于采取大速度气流，燃烧速

4、度快，烟气在管道内停留时间短，也进一步降低了NOX排放浓度低。烧嘴的设计原则是合理控制空气和燃料气的混合速度，即控制喷嘴火焰的角度、长度和速度。不能让空气和燃料气混合得太快，喷嘴火焰过短，这样容易形成局部高温；但也不能混合得太慢，即喷嘴火焰过长。为了保证燃料在低氧气氛中燃烧，必须在设计其供给通道时，考虑燃料和空气在空间的扩散、混合和射流的角度及深度。而这些参数应根据加热功率、辐射管尺寸、加热工艺要求、燃料种类、预热温度和燃料气压力等因素来确定。一般来说，射流的速度越大，炉内的卷吸和回流作用越强烈

5、，就越有利于实现低氧的气氛，而这种相对很低的燃料气和氧气浓度降低了平均燃烧速度，拓展了燃烧边界，形成了均匀的温度场，进而也降低了ＮＯｘ的排放。关于烧嘴喷头的关键几何尺寸需要参考《喷嘴技术手册》等相关资料进行设计和制造。二、自预热式烧嘴结构简介如上图所示，自预热式烧嘴结构包括喷嘴、换热器、点火装置、阀门、压力控制装置、烟气流动系统组成。其中关键的部分就我目前的理解而言有4部分：1.喷嘴分为两级燃烧，目的是延长火焰长度，降低火焰温度从而使燃烧缓慢均匀。2.换热器的设计，使空气有足够高的预热温度，从而

6、提高热效率，换热器采用金属或陶瓷材料。3.点火方式，采取直接电极点火，火焰检测采用电离或紫外线UV方式。4.燃烧模式采用脉冲on-off（开/关）控制方式，有效延长辐射管使用寿命并提高炉温均匀性。三、如何达到燃气烧嘴的关键关键硬指标。燃气烧嘴的关键关键硬指标是：热效率（WS达到了80%）和低NOx.1.热效率（WS达到了80%）:采取合理的燃料气与空气的比例使燃料有足够的氧气来达到充分燃烧；计算换热器的换热效率及预热空气的温度为400～800℃，甚至更高的高温助燃空气，使燃烧顺利进行；合理设计喷

7、嘴形状尺寸，使燃烧尽量缓慢均匀充分，设计时需要参考喷嘴设计手册。关于热效率的计算可以利用燃烧热和辐射热的比值来计算。1.低NOx：根据相关理论和经验公式可使火焰温度控制在1500℃以下，从而达到低NOx目的。关于低NOx指标及检测方式方面的信息需要进一步收集。四、燃气烧嘴的仿制思路。1、准备喷嘴设计手册及换热器设计手册。2、选择金属喷嘴和金属换热器及金属辐射管作为初步仿制烧嘴类型。3、对所选烧嘴安装使用说明书进行技术参数研究，确定喷嘴形状尺寸，同时计算喷嘴理论喷射速度、火焰长度、火焰温度。4、对

8、烧嘴实物进行测绘，对烧嘴材质进行光谱分析，为烧嘴的试制做好物质准备。5、点火及控制电气方面的准备。6、火焰检测方面条件的准备。7、烧嘴试制及产品试验。