高温空气燃烧技术研究和应用.pdfVIP

高温空气燃烧技术的研究与应用 吴道洪 谢善清 (北京神雾科技有限公司) 摘要 目前全球90％的工业燃料来自于化石燃料(石油、天然气、煤炭)，热工设备是滑耗工业燃料的主要 用户。本文介绍了目前国内外热工设备效率低下、污染物排放严重的主要原因，简述了高温空气燃烧技术(简称 HTAC技术)是提高热工设备热效率并降低热工设备燃烧烟气中污染物排放的最有效的技术．同时介绍了HTAC 技术的原理、技术特征以及可以产生的经济效益，概述了作者在HT．AC技术领域的一些研究成果，最后介绍了 作者在HTAC领域的几项示范应用案例．这些泰倒的应用结果表明，HTAC技术在中国各行业的热工设备上如能 得到应用推广，每年可给国家节约3000万吨以上标准煤，每年可为全国的企业带来300亿元毗上的经济效益。 关键词： 蓄热式燃烧、高温空气、节能、NOx排放 1． 前言 目前全球90％的工业燃料来自于化石燃料(石油、天然气、煤炭)，这种形势在 今后20年内将不会改变。而石油和天然气的储量主要集中在中东地区。一些工业发 达国家清楚地认识到，其经济的发展在很大程度上依赖于能源，而这些能源又大量 地由他国控制。为了减少在能源上对别国的过分依赖，节能作为一项切实可行的技 术措施，受到各国政府的普遍重视。同时降低燃料消耗及有害气体的排放，是保护 环境、实现可持续发展战略的必然要求。 热工设备是消耗工业燃料的主要用户，中国主要的热工设备是各行各业的各种工 业炉窑及热水、蒸汽及发电锅炉。上海是中国工业技术总体水平比较先进的城市，下 表1是五年前上海市典型工业炉窑热效率的调查结果，其平均热效率为22．9％，其产 品平均能源消耗比日本等发达国家高出30％左右。这些热工设备燃烧后烟气所带走的 表1 上海市典型工业炉窑热效率(％) 轧钢 锻造 热处 金属 玻璃 烧成炉 平均 『加热炉 加热炉 理炉 熔化炉 搪瓷炉 30～55 5-123～155 15—4l 6．3—23 23—47 22．9 热损失是热效率不高的主要原因。因此使用余热回收装置降低烟气排放温度是降低 热工设备燃料消耗、减少烟气中污染物排放的最有效办法。传统的办法是采用各种 换热器来回收余热，效果不甚显著。北京神雾科技有限公司经过几年来的开发研究， 采用HTAC技术来回收余热，今年初己在中国几家国有大型企业的加热炉上示范应 用成功，均达到了节能30％上、NQ排放量下降40％以上的效果。 2．采用传统换热嚣回收余热 传统换热器自1828年发明至今，经历了近200年的发展历史。传统换热器一 直被认为是降低热工设备的烟气出口温度、提高余热回收效率的重要手段，并己在 实际应用中取得了可观的经济效益。换热器，尤其是金属换热器得到了广泛的使用。 随着热交换理论的发展和可用作换热器材料的性能提高，金属换热器的热交换性能 也越来越好。但是，尽管采取了各种强化热交换的措施(采用各种结构形式的换热 器)，金属换热器的换热效率始终没有得到大幅度的提高。如果想进一步提高换热器 的换热效率，只能是增大体积，加大换热面积。这种做法，往往又要以巨大的经济 投入作为代价。另外，换热器效率的提高还受到换热器制造材质使用温度的限制。 如前所述，热交换面积大了，换热效率也就高了，相应地热交换器的温度水平也要 提高。因而有可能使得换热器的工作温度超出其材质的耐热温度范围，这又限制了 换热器效率的提高。 金属换热器不能在高温条件下工作，为满足换热器的应用温度，往往在热工设 备的结构上加以考虑。以连续加热炉为例：从原理上讲，金属加热过程只有在实旋 高温加热时才具有最快的加热速度，因而才有最高的产量和最低的燃料消耗。但因 换热器不能经受高烟气温度的热冲击作用，因而不得不在热工设备上想办法进行弥 补。例如，设置预热段，以进一步降低出炉膛废气温度，来提高设备的燃料利用率。 这样一来，往往使得有些加热炉预热段的长度达到均热段和加热段长度的总和。因 此，连续式加热炉的造价不得不因为降低出炉废气温度的需要而增加近一倍。在我 国钢铁企业中，热工设备上普遍采用金属换热器，烟气进入的温度在700。C～800。C， 不到充分利用。 。