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蓄热式工业炉—对加热炉的排放废气进行余热回收

文章出处:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com责任编辑:江苏凤谷节能科技有限公司www.fg-furnace.com人气:-发表时间:2016-01-02 08:20【

蓄热燃烧技术,现今已运用在许多的钢铁生产制程上,它的优点在于热能回收效率高出传统复热式热交换器许多,是一项更具优势的废热回收节能技术;除此之外,也因为它的燃烧方式不同于以往的燃烧模式,因此可提升工业加热炉膛的加热性能及典产品的质量。

蓄热燃烧加热是利用陶瓷材料当为热的传递介质,因为陶瓷材料比金属更具耐温性,所以可置于相当高的温区位置来回收排气中的热能,并同时加热燃烧用的空气。从热交换器材质的温度限制来看,复热式热交换器受限于它金属材质的特性,无法如陶瓷材料直接接触1000℃以上的高温烟气,所以复热式热交换器的燃料节约率就无法比拟蓄热燃烧方式,而且有一段明显的落差。

空气预热与节能效率,其中最佳情况的复热式热交换器能将燃烧空气预热至500?600℃,而蓄热燃烧方式则可预热至l100-1200℃。就热能回收的潜力来看,蓄热燃烧方式约有两倍的节能潜力,所以,适当的运用蓄热燃烧方式于燃烧加热的制程中是值得鼓励的。

蓄热燃烧系统的主要构成蓄热燃烧主要由燃烧器、蓄热体及切换机构三者组合而成;燃烧器为周期性的交互切换运转,当A燃烧器燃烧时,B燃烧器便作为高温烟气的排放通道,并将高温烟气中的热能蓄积在B燃烧器量的陶瓷材料中,而在下一个切换运转时,B燃烧器开始运转燃烧,并利用空气将B燃烧器陶瓷中的热能取出当作燃烧之用;此时A燃烧器为高温烟气的排放通道,并将烟气中的热能回收在A燃烧器的陶瓷材料甩。

从燃烧的角度来看,火焰温度越高,越容易产生氮氧化物,所以学理上蓄热燃烧方式容易产生高温的火焰及人量的氮氧化物,因此,如果蓄热燃烧模式仅具有高效率的节能效果,而无法符合氮氧化物的环保要求的话,它也不易为工业界接受。所以,蓄热燃烧需要有特殊的机制以防治氮氧化物的产生;针对此点已可利用燃料分段燃烧及燃料直接喷入法,配合低氧气氛的燃烧环境,以达到低氮氧化物排放的目的。釆用不同的蓄热燃烧模式进行重油燃烧试验时,氮氧化物的实际排放状况,由比较中得知采用燃料分段燃烧或燃料直接喷入法在低氧浓度的条件下,量氧化物的排放值均可控制在250ppm量以下,符合环保排放要求。

对于蓄热燃烧的应用及燃烧节能诊断的方法,基本上可以从蓄热燃烧机中的陶瓷蓄热体上、下端温度量测中得知。简单的蓄热体温度效率值计算乃以下述公式来计算初估:温度效率=(TAPH-Ta)÷(TFG-Ta)。其中TFG为进入蓄热体前之烟气温度、TAPH为通过蓄热体后之燃烧空气预热温度、Ta为进入蓄热体前之新鲜冷空气温度。

由研究中得知,炉膛温度分别为800℃、1000℃、1100℃及1200℃时,测得进入蓄热体前之烟气温度分別为702℃、900℃、978℃及1095℃,而通过蓄热体后之燃烧空气预热温度值则分别为625℃、828℃、910℃及l039℃。由以上数据计算陶瓷蓄热体的温度效率值分別为0.89、0.92、0.93及0.95。 

另外,诊断及评佔加热系统的蓄热燃烧节能效率。采用蓄热燃烧技术时,当燃烧空气预热在1150℃的情况下,往上对应加热炉炉内的温度曲线为1200℃,再往右对应代表燃料节能率的Y轴,其值为52%;此值意谓着蓄热燃烧技术比未装置任何热回收装置的制程节贫燃料52%。而传统的热交换技术,将燃烧空气预热到400℃时,其对应未装置任何热回收装置的制程,其燃料节约率约为25%。因此,釆用蓄热燃烧技术者比传统热回收装置的制程,其燃料节约能力约为36%〔(52-25)/(100-25)=36%〕。

蓄热燃烧除子具有高效率的节能及符合氮氧化物排放的能力外,其炉膛内部的热均匀性亦较其他燃烧模式优异,所以具有提升产能、缩小炉体尺寸及提升品质等优点。

传统式加热炉,此类型燃烧的炉内温度分布和热通量分布相似,最高点均位于燃烧机炉前位置,然后沿着火焰的中心轴往下游的方句逐渐降低,在炉膛A分布较不均匀。而蓄热燃烧则为间歇性的交互切换式燃烧,从整个炉体的空间分布来看,周期性的交互切换结果,热通量的时间平均分布的相当均匀,且落在被加热物及炉体可容许的范围内,故不致有过热现象,对于炉体空间人而温度均匀性要求高的工业加热系统而H,蓄热燃烧的特性可符合此一要求。

蓄热燃烧节能主要的方法是对燃烧后排放的烟气进行成热回收,回收的热能普遍应用于燃烧空气的预热,以减少燃料的消耗。蓄热式燃烧器借着将蓄热体整合在燃烧器本体内,除维持原有的高温度效率外,也避免预热后燃烧空气的散热损失,因此在1200℃的炉温时,可将排气的温度降至250℃以内,燃烧空气预热的温度提升至800℃以上,如此不但有效地回收烟气中的热能,也由于其高效率的燃烧节能效果,大幅降低燃烧系统CO2的排放量。

高温预热空气燃烧技术在经济部能源科技发展项F1的推动下,藉由业界合作于炼钢厂盛钢桶预热台,进行150吨的盛钢桶预热台燃控系统换装一蓄热燃烧器示范工作,结果证实蓄热式燃烧技术在盛钢桶加热站的能源节约潜能及其加热作业时间的缩短,成果可作为技术推广与实务运作参考,并建立业主的经验与信心。目前己可达成之目标如下:

(1)获致节能效果验证…35%以上。

(2)获致低氮氧化物排放验证…符合环保法规。

(3)获致热均匀分布特性验证…温差30℃以内。

(4)获致桶底温度提高的验证…较传统燃烧为高。

(5)完成性能评估数据与技术的建立

所以就蓄热燃烧的开发与推广而言,其可达到国家竞争力、产业及环境保护三赢的目标,包括节约能源30%、降低CO2排放、提升燃料使用效率、缩小炉膛体积20%、工业炉性能提升、提高产品质量及人幅降低氮氧化物排放。

为进一步推广与提升蓄热燃烧加热的应用,目前正进行蓄热式東油燃烧加热的现场技术验证工作,替国内使用重油为加热热源的工业使者开启另页节能实务运用的新章。


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