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          燃燒系統中陶瓷球蓄熱式燃燒器及其應用

           
           
          日期:2017年03月23日  來源:沈陽國利熱能(www.bathspaac.net)
           
           

              1.蓄熱燃燒器設計原理

              蓄熱式燃燒器的設計遵循了高溫低氧空氣燃燒的基本技術原理,即高效回收煙氣余熱,大幅減少污染物特別是NOX的排放。蓄熱式燃燒器采用燃氣和空氣雙預熱的設計方式。空氣和燃氣經蓄熱體與其進行熱交換后將其預熱到較高的溫度(900℃以上)并使其在燒嘴橫斷面上對角線位置噴向燃燒裝置內,而燃燒產物煙氣也在燒嘴橫斷面上另一對角線位置由引風機經蓄熱體進行熱交換后抽出,其排放溫度在150℃左右,這樣的設計使燃燒區有大量的高溫煙氣摻混,這樣既可使燃燒區的氧濃度大幅降低,又不會造成燃燒溫度的降低,從而提高燃料燃燒熱效率。

              2.燃燒器組成 

              蓄熱式燃燒器有殼體、燒嘴磚、裝球口,格柵、保溫層、陶瓷球、卸球口、纖維板、纖維棉、連接件、觀火孔、點火長明燈及燃氣接口等部分組成,其內腔裝填蓄熱陶瓷球。

              3.燃燒器工作原理

              陶瓷球型蓄熱式燃燒器又稱單預熱陶瓷球蓄熱式燃氣燒嘴。是用陶瓷作蓄熱體和燒嘴的燃燒裝置,這種燒嘴采用陶瓷小球作為蓄熱體,空氣與燃氣(油霧)氣流斜交混合。工作時兩燒嘴是交替進行燃燒的。當燒嘴B燃燒時,從鼓風機出來的常溫空氣由換向閥切換進入蓄熱式燃燒器B后,在經過蓄熱式燒嘴B陶瓷球時被加熱,在極短的時間內常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐溫低50-100℃),被加熱的高溫熱空氣進入爐膛后,卷吸周圍爐內的煙氣形成一股含氧量 大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流,同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料(燃油或燃氣),燃料在貧氧(2-20%)狀態下實現燃燒;與此同時,爐膛內燃燒后的熱煙氣在排煙風機的強力作用下經過另一個蓄熱式燒嘴A排入大氣,爐膛內高溫熱煙氣通過蓄熱式燒嘴A時,將顯熱儲存在蓄熱式燒嘴內,煙氣粉塵被燒嘴A中陶瓷球擋住,大部分煙氣余熱被陶瓷球吸收攔截,高溫煙氣經燒嘴A之后變成低于150℃的低溫煙氣經過換向閥排出。當燒嘴A燃燒時,空氣穿過A燒嘴蓄熱床被預熱后(一般比爐溫低50-100℃ )再進入爐膛燃燒,同時B燒嘴重復進行A燒嘴剛才的排煙蓄熱操作。由于排煙溫度的降低,煙道、煙囪內襯也可不使用耐高溫材料砌筑,這樣可大大節省投資。也可使換向閥、風機始終處在低溫條件下,因而風機可選用標準設計,在電氣程序的自動控制下以一定的頻率進行切換,使兩個蓄熱式燃燒器始終處于蓄熱與放熱交替工作狀態,從而實現煙氣余熱的最大回收利用達到節能和降低NOx排放量等目的,常用的切換周期為30-200秒。如此周而復始變換,通過蓄熱體這一媒介,排出的煙氣余熱絕大部分轉換成燃燒介質的物理熱,被充分回收利用。

              4.結構設計、技術參數、特點 

              空氣與燃氣的混合氣體在經過蓄熱器時伴隨有輻射傳熱,也有對流傳熱和接觸傳熱,由于蓄熱燃燒要求空氣流速快,使蓄熱器中的氣流處于紊流狀態,因而蓄熱式換熱器內的傳熱是一復雜傳熱過程。如果結構設計不合理,則會使阻力增加,增大動力消耗,嚴重影響熱能有效利用率。蓄熱式換熱器結構參數主要包括蓄熱體的填充高度和換熱面積等。

              4.1蓄熱式換熱陶瓷球填充高度:

              陶瓷球會增加空氣阻力及風機動力消耗,整體效率明顯降低,因此在陶瓷球徑確定的前提下,球的填充高度對燃燒熱效率具有決定作用。經過生產過程中的經驗得出:直徑15mm的陶瓷球,填充高度在0.6m以上,直徑25mm的陶瓷球填充高度應在0.7m以上,直徑35mm的陶瓷球填充高度應在0.8m以上。

              4.2換熱器傳熱比表面積

              陶瓷球球徑越小,單位面積填充球的換熱比表面積越大。在材質相同情況下,隨著陶瓷球蓄熱體比表面積的增大,空氣預熱溫度升高,蓄熱式喚起的溫度和熱效率也隨之增大。但是比表面積越大,意味著球的直徑越小,隨之阻力損失也增大,若綜合考慮,換熱器的傳熱比表面積應有一個最佳值。

              4.3換向時間:

              為了使燃料熱能充分利用,蓄熱式換熱器換向時間必須有一定的要求。時間的長短受蓄熱體形狀、大小和填充高度的制約。在一定條件下,換向時間越短,溫度效率越高;但換向越頻繁,動力消耗就越大。一般球狀蓄熱體換向時間一般在50-200s之間,另外換向閥的質量也十分重要。

              4.4陶瓷球蓄熱體特點

              1) 耐高溫:使用溫度不低于1250℃
              2) 耐化學腐蝕:特別是耐高溫煙氣中的SO2、CO2、NOX等的腐蝕和不與高溫粉塵固溶及抗高 溫氧化;
              3) 具有較高的熱輻射、導熱、放熱和蓄熱率;
              5) 具有良好的抗熱震性能
              6) 更換清洗方便
              7) 價格適中,使用壽命長。

              根據不用使用溫度,可選用粘土質、剛玉質、莫來石質、鋯英石質、鈦酸鋁質和堇青石質等材料作陶瓷球。從熱容、抗震性、耐化學腐蝕、輻射率和導熱率等方面考慮,普通莫來石質陶瓷作蓄熱體是合適的,一般壽命在三個月以上,有的甚至可使用6到12個月,且價格也易被接受。

           
             
           
           
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