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高温空气燃烧技术HTAC高温空气燃烧技术HighTemperatureAirCombus-tion[]简称HTAC是近年来在国内外普遍推广应用的一种全新燃烧技术,该技术的主要特征是采用蓄热室式烟气余热回收装置,交替切换空气与烟气,使之流经蓄热体,能够在最大程度上回收高温烟气的显热;将燃烧空气预热至800-1200伺以上的温度水平,形成与传统火焰诸如扩散火焰与预混火焰等迥然不同的新型火焰类型,创造出炉内优良的温度场分布;通过组织低氧或贫氧状态下的燃烧,不仅避免了通常情况下,高温热力氮氧化物NOx的大量生成,而且在此基础上,进一步大大降低了NOx生成与排放因此,这项技术在实际应用中,产生了显著的经济效益和环保效益IHTAC是一种极限烟气余热回收技术由于一般工业炉窑的排烟热损失占燃烧总热量的30%〜80%所以提高工业炉窑热效率的最佳途径就是最大限度地降低排烟温度在过去,烟气余热回收的主要手段是利用换热器,但换热器回收的烟气余热有限,以冶金企业为例,带普通换热器的轧钢加热炉排烟温度在300°C-400°C小型热处理炉的排烟温度可以高过500°C-600°C而钢包烘烤时烟气的排出温度竟高达1000°C以上而在HTAC中,高温烟气与蓄热体换热后,可将排烟温度降至150°C以下理论上可以低于100°C甚至接近常温,这样可将烟气带走的热量以接近完全的程度回收回来,窑炉热效率至少可提高10%〜30%,该技术被认为是节能技术中的一个重大突破从节能的角度来看,HTAC技术在我国具有巨大的市场潜力我国工业炉窑是耗能大户,而且炉窑的热效率低,平均热效率只有15%差的只有%〜6%,与发达国家相比例如日本工业炉的平均热效率为30%〜40%差距很大我国工业炉窑热效率低下的主要原因,就是排烟温度高,而利用烟气余热来加热燃料燃烧所需的空气,是节能的最有效的途径之一研究表明,空气预热温度每提高100°C炉子产量可提高约2%节约燃料约5%因此,采用HTAC进行极限预热回收,可达到50%〜0%的燃料节约率HTAC是一个全新的燃烧技术在HTAC中,空气预热温度达到800°C-1000以上,将带来一系列的结果1可以提高燃烧温度按照国内学者提出的工业炉应当实现〃高炉温、高烟温、高余热回收和低炉子惰性〃的所谓〃三高一低〃的发展方向的理论,燃烧温度提高有利于实现加热炉的工艺要求;2火焰稳定效应传统护散火焰的稳定是依赖火焰传播速度与可燃范围,就可以保证稳定的燃烧;3燃料蒸发过程、裂解、自燃等燃烧的全过程都得以加速进行;4空气温度接近炉内温度,而大大改善全场温度分布,使之趋于均匀;5对可用燃料热值范围的适应性扩大,例如可燃烧热值从
2.93MJ/m3到
41.8MJ/m3以上的燃料;6提高了化学反应速率和燃烧效率,强化了炉内辐射换热比例,使单位面积换热强度增加,投资回收期缩短HTAC是环保型燃烧技术传统燃烧技术中,由于助燃空气温度较低,燃烧环境较HTAC差,为了实现燃料的完全燃烧,必须对燃料供给过量的空气,而过量的空气在燃烧过程中与燃料和空气中的氮进行氧化反应,形成NOx造成环境污染在HTAC中,由于高温空气助燃,燃烧环境非常好,可以以接近理论空气需要量的助燃空气来进行完全燃烧,因而燃烧是在低氧状态下进行的,没有多余的氧气与氮反应形成NOX0A而大幅度降低燃烧过程中NOx的排放量另一方面,由于大幅度的节能,燃料消耗量大幅度减少,从而使C02的排放量也大幅度降低
(4)技术关键点首先,蓄热体是HTAC技术中最关键的部分,也是最具技术含量和体现工业制造水平的部件良好的蓄热体不仅可以使蓄热装置小型化,而且还可以大幅度提高换热效率对蓄热体的性能指标要求包括蓄热量大(即材料比热大)、换热比表面积大、换热速度快、高温结构强度好、抗氧化和耐腐蚀性能好、价格便宜目前我国开发出来的最好的、最先进的蓄热体材料是用耐火材料制成的蜂巢状蓄热体,其换热体的比表面积(单位体积的表面积)高达1300m2/m3以上,重量则只有常规蓄热体的1/10由于其高速的蓄热和换热能力,使得蓄热体的换向时间缩短到30秒以内,气流阻力也可控制在较小的范围内切换阀及其控制也是HTAC技术中的关键技术之一由于必须在一定的时间间隔内实现空气与烟气的频繁切换,切换阀也成为与余热回收率密切相关的重要部件尽管经换热后的烟气温度很低,对切换阀无材料上的特殊要求,但由于换向频率高,必须考虑切换阀的工作寿命和控制的可靠性因为在当烟气中含较多的微小粉尘时,势必对频繁动作的部件构成磨损这些因素应当在选用切换阀时加以考虑蓄热体几何结构及燃料与空气通道的几何参数的确定在HTAC技术中也十分重要,这些参数的确定直接关系到燃烧的稳定性及NOx的生成与排放量,是环境协调型高温空气燃烧技术的核心。