第11章 无焰燃烧14

1、1,Flameless Combustion,Lin Qizhao,2,无焰燃烧和传统燃烧方式的混合与温度分布,3,4,5,6,7,8,无焰燃烧(Flameless Combustion)？ 高温空气燃烧（HIAT日本） 稀释空气燃烧（Diluted） 柔和燃烧（Mild Combustion） 烟气再循环燃烧（Recirculation） 无焰氧化（FLOX燃烧） 特点： 需要高温空气实现 无可见反应区（火焰前沿） 无燃烧吼声 温度均匀 NOX排放极低,分析各种燃烧特点,详细介绍所进行的工作,9,10,11,高温空气燃烧的实现方法,12,燃烧工业重油时无焰燃烧现象,13,燃烧天然气时无焰燃烧

2、现象,14,15,16,常温空气条件下的无焰燃烧现象,17,传统的有火焰燃烧现象,18,无焰燃烧的燃烧反应的稳定界限,19,无焰燃烧与传统燃烧温度分布模式,20,湍流火焰与无焰燃烧的温度和OH自由基分布,21,燃烧方式与NOX排放,22,23,24,无焰燃烧的应用带来的效益,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,高温空气燃烧的典型应用及实现原理,45,高温空气燃烧的应用辐射管系统,46,在燃气轮机中实现无焰燃烧,47,无焰燃烧氧化燃烧器,Fig.2. FLOX burners left - principle o

3、f operation 10, right - a commercial version 11,48,49,查新文献1 “高温空气燃烧技术的最新进展” 预热空气制约其发展 空气进入燃烧设备之前不需要预热，是本项目的特点，也是本项目区别于国内外无焰燃烧技术的关键创新点 达到无焰燃烧效果，空气不预热，结构简单 拓展了应用空间，无高温烟气的用热设备也可应用无焰燃烧技术,基本技术要点：,RETURN,RETURN,RETURN,50,查新文献2 “无焰燃烧炉膛的三维数值模拟” 仅仅做了模拟 炉膛内没有燃烧反应 燃烧反应在燃烧器内进行，仅有高温烟气流过炉膛，与炉膛内的水管进行对流换热,RETURN,RE

4、TURN,RETURN,51,查新文献3 “高风温无焰燃烧锅炉” 排烟温度高于800C 燃料节约率达到55 这个“锅炉”不是传统意义上的锅炉，更像钢铁工业的退火炉,RETURN,RETURN,RETURN,52,查新文献4 HTAC烧嘴,RETURN,RETURN,RETURN,53,查新文献5 “喷射式混合煤气无焰燃烧器设计” 在燃烧器内部燃烧，出了燃烧器就不再有燃烧反应,RETURN,RETURN,RETURN,54,Low-temperature combustion of solid fuels in a fluid bed containing a heat sink Abstrac

5、t: Studies the influence of particle size, bed temperature, gas velocity and oxygen level on the residence time required to complete combustion of solid fuels, which include various ranks of coal and wood, injected into a fluid bed operating at 1600 degrees F. A simple, well- stirred reactor is used

6、 as the basis for modeling the heat-transfer and combustion kinetics.,国际查新文献1,55,2） DIALOG(R)File 35:Dissertation Abs Online (c) 2005 ProQuest Info VERLAAN Ad L; ORSINO Stefano; LALLEMANT Nicolas 【作者单位】International Flame Research Foundation, Research Station b.v., P.O. BOX 10 000, IJmuiden, Netherl

7、ands 【来源刊物】Industrial furnaces and boilers. European Conference, 5 (Espinho-Porto PRT) 2000-04-11, 2000 vol 1, 43-57 【出版机构】INFUB, Rio Tinto 【关键词】空气污染控制；燃烧；工业高炉；二氧化碳(CO2)；氮氧化物 (Nox)；一氧化碳(CO)；能量守恒；燃烧器；天然气 【摘要】最近的热回收系统发展允许空气预热至1300摄氏度，可以节约直至60%的燃料。在传统燃烧器/高炉设计中，燃烧空气温度越高，NOx排放越多。 然而，最新的进展使得采用高温燃烧空气的低NOx燃

8、烧技术成为可能。本文为了确定最大化工业高炉的效率且尽可能减小包括CO2在内的污染物的排放的控制条件，并进行了采用1300摄氏度的天然气和混合空气手段实现的半工业尺度实验验证。本文采用一个中央空气射流和两个燃气喷射器的日本Kogyo高炉燃烧器，进行了全面的炉内速度、温度、气体组份（O 2, CO2, CO, H2, NO, CH4）和辐射的测量。观测显示高炉运行类似均匀搅拌反应器，整个炉内的温度和化学组成完全一致。几乎整个高炉内充满了1350-1450摄氏度的燃烧产物包括2-3%的氧气。在与空气混合之前，天然气射流卷吸了大量的燃烧产物。该种燃烧方式，可以实现均匀的高温热流以及很低的NOx和CO的

9、排放量。由此可以断言，未来的工业高炉将设计成类似配备高效热交换器的均匀搅拌反应器。传统的燃烧器将被独立的燃料和空气射流器所取代或被充分地重新设计以利于实现炉内燃烧状态一致。,国际查新文献4,58,5） DIALOG(R)File 351:Derwent WPI (c) 2005 IFI/CLAIMS(R). All rts. reserv. 0892095 1445968 【标题】气体燃料无焰燃烧分段锅炉 【发明者】DVOROK E (N/A); KATOLICKY J (N/A); KUBA J (N/A); SITTEK E (N/A) 【受理人】HUTNI DRUHOVYROBA GEN

10、ERALNI RE 【优先申请号】CS 727718 19721115 【超期时间】19911022 【摘要】分段锅炉由充满着陶瓷材料的反应室组成，在锅炉前面放置一个连接锅炉和燃料分配器的空气燃气预混装置和燃料输入管，覆盖一个多孔难熔的隔膜在燃烧室内用电火花点火。在隔膜和反应室之间放置了一个隔火垫，有孔隙通向反应室。锅炉的水间隙由系列的中空汽锅段组成至少它们之间的一些墙体隔成蜂巢状的结构，并列放置在燃烧室内。 Main US Class: 122225000R Cross Ref. US Class: 431326000 Main IPC: F22B-007/00,国际查新文献5,RETURN

11、,59,什么是无焰燃烧？ 无焰燃烧反应所具有的特征 燃烧过程的外部特征 无焰燃烧的形成条件 NOX排放规律 无焰燃烧的温度分布,CONTINUE,60,无焰燃烧： 燃烧学上的无焰燃烧（Flameless Combustion），是指没有火焰前沿的发光燃烧反应，燃烧反应弥散在一个宽广的区域，氧化反应几乎发生在整个燃烧室空间。 由于无焰燃烧反应无局部高温区，因此NOX排放低 尽管无焰燃烧无局部高温区，但其温差小，平均热负荷高，因此其燃烧效率较高，采用无焰燃烧方式组织燃烧，可减小燃烧设备尺寸，降低造价 无焰燃烧反应区必须满足两个条件： 第一， 局部低氧。反应物必须混合足够的惰性燃烧产物来使得反应温度

12、远低于绝热火焰温度； 第二，反应物温度必须超过自燃温度。通过预热空气实现，又叫做高温空气燃烧。,RETURN,61,天然气90m3/h 天然气100m3/h,天然气115m3/h 天然气130m3/h,锅炉无焰燃烧外部特征,旋流燃烧器、无空气预热、蓄热体、热烟气回流,TO,62,重油 by Wunning 天然气 by Milani,63,锅炉中的无焰燃烧 实现条件： 常温空气；高速空气旋流；1.5MW；天然气,64,锅炉中的有焰燃烧现象,RETURN,天然气30m3/h,天然气15 m3/h,65,在炉内造成了能够进行无焰燃烧反应的低氧、高温环境： 使天然气和空气从无焰旋流燃烧器进入炉膛，由

13、于空气的高速旋转，迅速卷吸大量烟气，造成了低氧环境，同时加热了空气 利用特别结构的蓄热体，使高温烟气在均匀搅拌反应器内回流（经多次循环后流出反应器），并与空气混合，稀释燃烧空气的同时，使反应物温度升高,RETURN,66,燃烧方式与NOX排放,67,由于炉内的无焰燃烧反应，使排烟中NOX浓度小于100ppm NOX和温度的关系如上页图所示 平均燃烧温度为1300C时，最好的低NOX分级燃烧技术，NOX排放均在200ppm以上 实验数据表明，燃烧搅拌反应器内部温度为1300C时，而烟囱处实测NOX浓度小于100ppm， 从图看出，只有无焰燃烧方式才有如此低的NOX 如果炉内不存在无焰燃烧反应，我们没有采用任何低NOX技术，这时的NOX排放应远远高于200ppm。 从NOX排放方面考虑，我们可以肯定地说，本项目中炉内的燃烧过程是无焰燃烧。,68,RETURN,69,炉内无焰燃烧的另一个特征，是炉内温度分布均匀，无局部过热现象 低NOX排放浓度也间接说明了燃烧搅拌反应器内部温度分布是均匀的