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      一種新型的節能燃燒裝置自身預熱燒嘴

      作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.ivgb.tw/news/692.html?????發布時間:2018-10-11 20:17
      導讀:一種新型的節能燃燒裝置自身預熱燒嘴 一、概況 自身預熱燒嘴又叫換熱式燒嘴,是近幾年來引起各國十分重視的一種新型節能燃燒裝置.它不僅能供給爐窯所需的熱量,而且又是能利

      一種新型的節能燃燒裝置自身預熱燒嘴
      一、概況
          自身預熱燒嘴又叫換熱式燒嘴,是近幾年來引起各國十分重視的一種新型節能燃燒裝置.它不僅能供給爐窯所需的熱量,而且又是能利用爐窯排出的煙氣余熱來預熱助燃空氣(或煤氣)的換熱裝置。這種燒嘴的特點是把燃燒器、換熱器和排煙裝置有機地組合成一個整體。因此,它具有結構緊湊、換熱效率高、操作方便和節能顯著等優點,可以燃燒煤氣,柴油、重油,當更換燒嘴噴槍時,還可實現油、氣共燒。
          對于火焰爐來說,燃料所提供的大部分熱量被煙氣帶走,表l是美國鍛造工業學會對一臺縫式鍛造加熱爐進行熱平衡對比時的理論分析數據。
          由表1可知,在不同條件下,煙氣帶走的熱量是相當驚人的。在不回收煙氣余熱的情況下,爐子有效熱(鋼吸熱)只占Io%左右,而將空氣預熱到427℃時,爐子有效熱卻達19.5%。由此可見,回收煙氣的余熱以預熱助燃空氣,是提高各種爐窯熱效率的最有效的方法。
          1979年我院與天津第一鋼絲繩廠合作,設計研制出了我國第一臺自身預熱燒嘴,安裝在該廠6 4、7r’熱處理爐上,投產盾的實際情況證明:自身預熱燒嘴有較好的適應性,熱工性能突出,燃燒穩定可靠。在爐子端部安裝一個自身預熱燒嘴,代替了原來兩側的12個燒嘴,不僅保證了加熱質量,消除了煙害,更重要的是使燃料節約率達到了35~40%。
        一、燒嘴結構燒嘴結構如圖l所示,其工作過程是依靠引射
      表l  不同條件下縫式爐的熱平衡數據
      ┏━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━┓
      ┃                    ┃    熱負荷          ┃    煙氣熱損失            ┃    爐墻熱損失            ┃    鋼吸熱              ┃  燃料節約  ┃
      ┃    條    件        ┃                    ┃                          ┃                          ┃                        ┃            ┃
      ┃                    ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━┫
      ┃                    ┃  10吁卡/時        ┃  10 6千卡/時  ┃  %     ┃  10“千卡/時  ┃  %     ┃  10吁卡/時  ┃  %     ┃    %       ┃
      ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━━┫
      ┃    原始情況        ┃           1. 890   ┃1. 512          ┃    80  ┃0 . 19 4        ┃    10  ┃0.184         ┃    9   ┃            ┃
      ┃    燃料完全燃燒時  ┃             1. 512 ┃1. 13 4         ┃    75  ┃0.194           ┃    13  ┃ 0 . 18 4     ┃  12    ┃    18.5    ┃
      ┃    空氣預熱427℃   ┃  : 0.946           ┃0. 567          ┃    60  ┃0.194           ┃    20  ┃ 0 . 18 4     ┃  19.5  ┃    50      ┃
      ┗━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━━┛
      32器產生的抽力,將爐內參加熱交換后的煙氣通過燒嘴磚進入水平換熱器,再經過,霹直換熱器由引射器排出;而冷二主氣首先進入垂直換熱器的環縫.然后再進入水平換熱器的環縫,,在商速流動過程中,與高溫炳氣進行熱交換:被預熱的空氣在燒嘴的出口處直接與燃料混臺,燃燒辱的高溫氣體以80米,秒以上的速度噴入爐膛,在高速噴射和引射的作用下,爐溫均勻.并提高了爐子的傳熱效璋b燒嘴主要由四部分組成。
          1.引射器
          引射器相當丁爐擊早的煙幽,由引射風管和排煙管組成,其作用是抽出爐內的煙氣,并通過側節引咐介質的流鎊米控制爐幢的壓力引 Bt介質面J‘以F輸送助燃二芒!耐j同一風仉供給、
          2.換熱囂
          換熱器是由幣:直攙熱器與水平換熱器組成、助燃毫’L西‘定以啊線捫川進入乖直換熱器,初步預熱后,再進入水平環縫換熱器進一步被預熱。值得注意的是水平環縫預熱器的結構是采片j內外兩層空氣環縫將煙氣通道包f1=的形式。這種多層同心管組成的換熱搭在一定的有效空問內增加j’熱交換面積,提if:r換熱效二替.j玉造自身m熱燒嘴結構上的獨特之處。
          3.啼槍I噴嘴)
          根據燃料種類的不同,可以采用氣體燃料噴槍、燃油噴槍、油氣兩用噴槍。噴槍的結構叮以選用曰前通用的幾種類型,不必做大的改動.
          .。曉嘴磚
          自身預熱饒嘴的燒嘴磚有兩個作用:一是起著普通爐子排煙口的作用:l/;一個是起著組織火焰和穩定燃,j、釉j作用
          三、幾個關鍵技術問題的解決
          1980年該燒嘴的研制工作轉入中間試驗階段后,重點解決的幾個問題是:進一步改進和完善燒嘴結構以提高燒嘴的使用壽命,降低燒嘴造價,以及對節能機理和換熱效率的研究等。為了觀察和測定流體存燒嘴備環縫內的流動特性,我們做了水力模型和風力模型試驗。為了摸清煙氣溫度、空氣預熱溫懂和金屬壁溫之間的關系,找出影響換熱效率的主要因素,又做了熱態試驗,為燒嘴的結構定型提供了依據。
      原燒嘴的頭部伸向爐墻內部,因此燒嘴的水平換熱器也接近爐內墻,這樣雖然有利于空氣預熱溫度的提高,但在爐膛的高溫輻射下,使燒嘴和水平換熱器的頭部很快被燒壞。為了提高燒嘴的使用壽命,我們將水平換熱器全部移到爐體以外(見圖1),實踐證明燒嘴磚的使用壽命可延長一年左右,而水平換熱器部分則能使用更長的時間。
          2。重油自身預熱燒嘴的研究
          對于燃氣和燃輕柴油的自身預熱燒嘴,國內外已有成功的報導,但是燃重油和渣油的自身預熱燒嘴尚未看到有成功的先例,英國也只承認重油自身預熱燒嘴還處在試驗研究之中。
          由于我國供機械行業使用的液體燃料主要是重
      油和渣油,而重油和渣油在80℃左右的恩氏粘度值
      在8~20。E,很不容易霧化。另外,由于自身預熱
      燒嘴本身可把空氣預熱到400℃以上,這樣在油霧
      與預熱空氣混合時,容易劇烈受熱而達到高溫,對
      于來不及蒸發氣化的油粒會產生裂化現象,裂化的
      結果,較輕的分子呈氣態燃燒,較重的分子呈固態
      而不能完全燃燒,致使噴嘴頭部或燒嘴磚內出現結渣現象,嚴重時可以將燒嘴磚喇叭口堵死,導致燒
      嘴磚崩壞,見圖3a、bo試驗中一方面將燒嘴本體移到爐墻外側,另一方面在預熱空氣的出口處加了適當數量的旋流片,便空氣以旋轉的方式與油霧強烈混合,還確定了最適宜的燒嘴磚喇叭口張角(30—32。,見圖3 c)。經過這樣改進后,重油自身預熱‘燒嘴分別在天津拖拉機廠和東北齒輪廠的鍛造加熱爐上投產使用四個月以來未見損壞,而且各項技術性能均達到了設計指標。
          3.關于燒嘴造價和壽命的研究
          燒嘴的造價直接關系到它的生命力,這對小型爐子尤為重要。應根據燒嘴換熱器各處實際壁溫來選擇不同的材質。這樣對供熱能力為40×10千卡/時的燒嘴來說,每個燒嘴的耐熱鋼由原來的75公斤下降到24公斤,因而使每個燒嘣的造價由原來的6500元下降到2500元。成批生產后,價格還會有所下降,燒嘴費用的回收期一般只要幾個月到一年。
      表2燒嘴的空氣預熱溫度及排煙溫度
      ┏━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━┓
      ┃爐溫    ┃煙氣進口  ┃空氣昂終  ┃  燒嘴排煙  ┃空氣回收熱量  ┃
      ┃        ┃  溫度    ┃預熱溫度  ┃    溫度    ┃占供熱量的百  ┃
      ┃  ℃    ┃          ┃    口r   ┃    ℃      ┃    分數      ┃
      ┃        ┃    ℃    ┃          ┃            ┃              ┃
      ┣━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃  1100  ┃    1000  ┃    410   ┃    629     ┃    14.3      ┃
      ┃  1300  ┃    1200  ┃    542   ┃    722     ┃    19。34    ┃
      ┗━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━┛
      表3  幾個試驗廠使用自身預熱燒嘴后,燃料節約測定結果
      ┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━┓
      ┃                                            ┃    天津        ┃    天津      ┃    東北      ┃    天津      ┃    天津      ┃
      ┃    試驗廠名  稱                            ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃
      ┃                                            ┃  第一鋼絲繩廠  ┃  拖拉機廠    ┃  齒輪廠      ┃  第三軋鋼廠  ┃  第五機床廠  ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃    爐型                                    ┃連續熱處理爐    ┃  室式鍛造爐  ┃  室式鍛造爐  ┃  連續加熱爐  ┃  室式鍛造爐  ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃    燃料種類                                ┃    天然氣      ┃    重油      ┃    重油      ┃    重油      ┃    天然氣    ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃    爐溫【℃)                              ┃    1100        ┃    1300      ┃    1350      ┃    1350      ┃    1350      ┃
      ┣━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃膘    ┃燃耗t公斤/時,標米j/時)          ┃    b2~72      ┃    49        ┃    1 47      ┃    145U      ┃    40        ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃落    ┃  產量(公斤/時)                  ┃    1200        ┃    75        ┃    1000      ┃    25000     ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃況    ┃  單位熱耗(千卡/7公斤)  ‘       ┃    517         ┃    650U      ┃    1470      ┃    580       ┃              ┃
      ┣━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃      ┃燃耗(公斤/時,標米3/時)         ┃37.2~45.6      ┃    24        ┃    103       ┃    t250      ┃    26        ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃采    ┃  產量(公斤/時)                  ┃    1200        ┃    r5        ┃    1000      ┃    25000     ┃              ┃
      ┃用    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃自    ┃  單位熱耗(千卡/公斤)            ┃    310         ┃    3200      ┃    1030      ┃    500       ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃身    ┃  燃料節約率(%)                     ┃    40          ┃    50        ┃    30        ┃    13。9     ┃    35        ┃
      ┃預    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃熱    ┃  燃料節約量(公斤/時,標米J/時) ┃  21.8~26.4    ┃    25        ┃    33        ┃    200       ┃    14        ┃
      ┃燒    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃嘴    ┃  月燃料節約量(噸·標米,)        ┃    14880       ┃    6         ┃    7.92      ┃    120       ┃    2856      ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃后‘  ┃  月燃料節約費(元)                ┃    2908        ┃    1200      ┃    1584      ┃    24000     ┃    520       ┃
      ┃情    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃況    ┃  燒嘴價格(元)                    ┃    3UOO        ┃    2000      ┃    5000      ┃    35000     ┃    3000      ┃
      ┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫
      ┃      ┃  燒嘴費用回收期(月)              ┃    2           ┃    2         ┃    3.5       ┃    2         ┃    6.5       ┃
      ┗━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┛
      注:  1.天然氣、重油低發熱量均取10000千卡/公斤(標米3)
          2.重油按200元/噸、天然氣按U.182元/標米3計算。
      34表4自身預熱燒嘴在國內外使用情況比較
      ┏━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓
      ┃    項  目              ┃    國    內                                ┃    國    外                                      ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃空氣預熱溫度(℃)        ┃300~500'c (爐溫900~1350'C)                  ┃300~600'C (爐溫900~1400'C)                      ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃使用范圍                ┃    加熱爐、鍛造爐,熱處理爐、熔化爐        ┃  加熱爐,鍛造爐,熱處理爐、熔化爐、坩鍋爐i均熱爐 ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃  使用燃料              ┃  天然氣、城市煤氣、發生爐煤氣、重油.渣油  ┃    天然氣,城市煤氣,輕油                        ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃燒嘴材質                ┃    一般耐熱鋼(部分)lCr18Ni9T1            ┃    高級耐熱鋼(全部)C r23N160A135               ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃燒嘴壽命(年)          ┃    已使用3年,尚在繼續使用                 ┃    3~5                                          ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃調節方式                ┃    手動                                    ┃    自控                                          ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃點火裝置                ┃    人工                                    ┃    電火花                                        ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃使用的溫度范圍(℃)      ┃    700—1400                               ┃    600—140C                                     ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃火焰噴出速度(米/秒)  ┃    30 -80                                  ┃    30—80                                        ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃燃燒能力(千卡/時J     ┃10 X 10 4~150 x 10 4                        ┃12xl04~60xl04                                    ┃
      ┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫
      ┃風機壓力(毫米水柱)    ┃    ,、700                                 ┃    )-800                                         ┃
      ┗━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛
          燒嘴壽命與空氣預熱溫度的高低有關。空氣預熱溫度高,從熱的回收效率來看當然是好的,但對材質的要求就高了,換熱器面積也將增大,結果使燒嘴結構龐大,造價提高,勢必影響燒嘴的推廣使故不宜追求過高的預熱溫度,我們認為將空氣或煤氣預熱到350~450℃就可以了。
          四、節能效果
          表2為供熱能力40×l04千卡/時的天然氣臼身預熱燒嘴在熱態試驗爐上的測定結果。
          燒嘴在不同爐型上的燃料節約量是不同的。表3是幾個重點試驗廠的測定結果。
          從表3可以看出,自身預熱燒嘴燃料節約率是顯著的。一般室式鍛造加熱爐可節約燃料30—4026;連續加熱爐10%左右;熱處理爐30%左右;熔化爐25—35%。
        通過五個試驗廠統計,六臺試驗爐共用12個燒嘴,三年共節約6721噸標準煤。
          五、國內外使用情況比較
          從表4可以看出,我國自身預熱燒嘴的主要指標已基本達到國外水平。目前我們已經研制成功燒重‘(渣)油的自身預熱燒嘴,并使燒嘴燃燒能力擴大到150×l0 4千卡/時,而國外尚在研制中,我們還降低了耐熱鋼材質,減少了耐熱鋼用量。在試驗方法上,我們進行了自身預熱燒嘴的冷、熱態試驗,而國外尚無這方面的資料。但我們的燒嘴與國外比,還有一定的差距,如在調節方面,我們用手動,國外全自動;在使用范圍上,國外已用在均熱爐和連續加熱爐上,而我們在均熱爐上尚未試驗。今后我們要在現有條件下,實現必要的聯動,并擴大使用范圍。

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