陶瓷蓄热式换热器高温空气燃烧的实验研究

　　陶瓷蓄热式换热器高温空气燃烧的的蓄热式燃烧器成对安装，可在同一侧，亦可相对放置。负荷水管均匀密布在燃烧室四周。当燃烧器A工作时，燃烧后的高温烟气经由燃烧器B排出，加热右侧蓄热体换热后，温度降至12屮150C排入大气中。经过时间间隔（切换周期）为15~由四通阀进行切换，常温空气经四通阀进入右侧蓄热体，充分吸收废气所排放得显热后被加热，迅速升温到800C以上；然后通过燃烧器b，燃料与高温空气高速喷入燃烧室，二者混合后迅速燃烧。同时，燃烧器A和蓄热体A转换为排烟和蓄热装置。通过这种交替运行方式，实现所谓“极限余热回收”和助燃空气的高温预热。

　　EX20娜气成分分分析仪对燃烧丨产生的烟气进行酿足以髹要求的空气预热温度同样随潘时2蓄热式高温空气燃烧。实验系统的设计负荷为24kW，高温分解室容积为0.1m3，设计容积热负荷为864MJ/（m3.h）燃料采用天然气U形高温分解室两端分别与蓄热式换热器连接高温分解室侧面设有观火孔，用来观测室内的火焰情况燃气经过燃气流量计和快切阀分两路进入左右两个高温燃烧室助燃空气由鼓风机供给，流经流量计及蓄热换热器后分两路供向燃烧室燃烧产生的烟气同样流经陶瓷蓄热式换热器排出，温度降至200°C以下后，经由四通阀被引风机排出蓄热换热器采用蜂窝陶瓷蓄热体，它与助燃空气或高温烟气直接接触，作为热交换的中间媒介发挥作用，具有比表面积大、蓄热量大、换热速度快阻力损失小等特点换向装置主要由自控装置、电磁阀和执行机构组成自控装置用来调节系统切换周期以及实现煤气快切阀和四通阀之间的联动四通阀燃气快切阀为气动，动力由空压机提供在高温燃烧分解室的各特征部位布置高温热电偶由于高温助燃空气流速很高，燃烧室和蓄热室之间设助燃空气旋流板，空气流经旋流板形成旋流，卷吸燃烧室内的燃烧产物回流，稀释助燃空气；从而降低反应区的氧体积分数，实现高温低氧燃烧。同时，采取空气喷口旋流等措施，可以延长燃烧火焰的长度由于助燃空气在入口处形成一股高速贴壁喷射流，大量的助燃空气沿燃烧室壁流动，减少了入口段与燃料反应的空气量；部分燃料发生不完全燃烧这样即可降低入口段燃烧室的壁面温度，有利于均匀整个燃烧室的管壁温度；又可增加火焰的辉度，增强其辐射能力。

　　系统温度采集使用HP34900A数字电压表和HP34901A的20通路多路数字采集板通过基于MicrosoftWindows程序软件巡回采集各个热电偶的温度情况间隔扫描储存多达50000个带有时间标记的读数，单通道上的读取速度为每秒600个读数，扫描速度为每秒250个通道考虑到热电偶和实验要求，在实验系统加热升温阶段扫描间隔设定为10s，数据采集阶段扫描间隔设定为1s采用美国产实时检测可同时检测烟气的温度，氧气NONOiCO的体积分数以及过量空气系数为保证实验系统的稳定，高温燃烧室外侧布置有冷却水管，通过调整冷却水流量，使之与燃烧负荷匹配换向周期直接影响着蓄热式换热器的蓄热、放热情况，同时也影响高温分解室内的燃烧状况和温度分布本实验中换向周期分别设定为15 203040506090120s，通过对这些工况下进行的蓄热式换热器高温空气燃烧实验，考察各种情况下的温度分布，从而得到对应的热工指标（温度效率热效率、传热效率等），需求较佳换向周期；由于在不同换向条件和助燃空气量下燃烧时，火焰特性和燃烧状况会有所不同，NO、CO、等污染物的排放体积分数也会有所不同；作者分别在不同换向时间下进行实验，考虑不同助燃空气量对其排放体积分数的影晌3实验结果与讨论反映蓄热式换热器前后烟气和空气的温度变化情况实验工况为蓄热体高度300mm，天然气量1.88m3/h，助燃空气量23m3/h，换向时间为1800s1、4热电偶分别位于左右两个蓄热式换热器的进出口显示温度曲线随着切换周期呈规律性波动。一个完整的温度波动周期由温度上升阶段和温度下降阶段组成当一侧蓄热式换热器的进、出口处的、龙热电偶反映烟气的进出口温度时，另一侧蓄热式换热器的进出口处的、4f热电偶反映空气的进出口温度，随着换向时间的延长，空气瞬时出口温度会逐渐降低到达一点后空气瞬时出口温度会陡然下降，说明蓄热体中积蓄的热量已经明显减少，不间的延长，烟气出口瞬时温度开始会逐渐升高，到达某点后会陡然升高这时烟气的进出口温度差只有200°C左右，蓄热体已基本上不具备蓄热能九6分别是不同换向周期下蓄热式换热器进出口处烟气和空气温度的变化特性显然，随换向周期的变短，换热器进出口的烟气温度和空气温度曲线均趋于平缓，系统处于较稳定的温度条伟蓄热式换热器前后烟气和空气温度变化（换向时间60s）是温度回收效率曲线和余热回收效率曲线。换向时间的长短会影响蓄热室的余热回收效率和温度回收效率。对于实验条件为蓄热体高度300mm，天然气量1. /h，助燃空气量23m3 /h曲线拟合采用二次多项式。温度回收效率和热回收效率随着换向时间的增加出现不同程度的下降。在换向时间较短时，温度回收效率和热回收效率变化都不明显，当换向时间大于100s时，温度回收效率会出现明显下降，而热回收效率在小幅度下降之后又出现表现出平缓的趋势。由于蓄热体的蓄热能力是一定的，如果切换时间过长，排烟温度会升高，导致能源浪费；反之，如果切换时间过短，蓄热体不能被充分加热，冷空气被加热的能力要受到影响显然存在一个佳换向时间当蓄热体处于佳工作状态，即余热回收效率高时对应的换向时间即为佳换向时间。由图中可以看出，余热回收效率在20~ 60s变化很小，但是综合考虑温度回收效率，在换向时间40s时，对应的温度回收效率达到大值。从蓄热和放热过程来考虑，换向时间的增长会导致蓄热阶段的蓄热量增加，蓄热体的温度也相应升高，蓄热体与冷空气之间的对流换热得到强化；另一方面，换向时间的增长将使流过蓄热体的空气总量增加，在蓄热量一定的情况下，单位质量的空气带走的热量必然降低。这说明佳换向时间是蓄热和放热两过程共同作用的结果。

　　从可以看出烟气和空气出口平均温度随换向时间变化的曲线图。上面曲线为空气出口平均温度，下面曲线为烟气出口平均温度横坐标为换向时间（半个换向周期），曲线上的温度值是各个换向周期内烟气和空气的平均温度由可知，随着换向时间的延长，空气出口平均温度呈下降的趋势当换向时间较小时，空气出口平均温度随换向时间的变化不大但换向时间达到一定长度后，空气出口平均温度会随着换向时间的延长而迅速下降；随着换向周期的延长，烟气出口温度会升高。换向周期较小时，烟气温度随换向周期的变化不大在接下来的一段时间，烟气的出口平均温度会随着换向时间的延长而明显增加蓄热式换热器排烟中的NO.主要为热力型Nx，因而其NO.的排放体积分数主要与炉温炉内气氛的氧体积分数及高温烟气在炉内的停留时间有关。由于高温空气燃烧火焰的峰值温度降低，温度场分布均匀以及燃烧产物回流降低了燃烧气氛的氧体积分数，热力型NO.的形成受到抑制。

　　同时，蓄热式换热器内气流高速流动，缩短了高温成蓄热式换热器中气体温度场分布均匀，没有局部高温区；在换向时，燃烧区吸入部分烟气，降低氧体积分数。这两方面有助于抑制NO.的生成，减少污染物排放同时温度对NO的生成速度具有很大的影响，温度较低时，NO的生成速度减慢；当温度较高时，反应速度迅速加快。NO的生成量还与烟气在高温区的滞留时间有关，滞留时间越长，NO的生成量越多。这是由于氧原子先和燃料中的可燃成分发生反应，NO生成的时间相对晚些，而且在火焰的下游区域生成当燃烧产物离开火焰高温区时，NO的生成反应基本停止。由于燃烧产物喷出速度很快，它在火焰高温区停留的时间小于生成NO平衡体积分数所需要的时间，NO的排放体积分数也大大低于其平衡体积分数的实验条件为换向时间、燃烧室平均温度900°C时，不同助燃空气量对NO.的影响。NO-的体积分数在换向周期内作有规律的波动，这和温度场的波动规律是一致的。过量空气系数由1. 1增加到1.3时，NO.生成量上升，峰值从1.25<1CT4增加到1. 1CT4这与以上关于过量空气系数大于1时，NO.生成量随过量空气系数增加而下降的理论相违背其原因是本燃烧系统不是普通的预混燃烧0不同换向时间对NOx生成量的影响4结论蓄热式燃烧实验系统，能够大大回收了高温烟气的显热，温度回收率大于87、余热回收率大于83；燃烧室温度均匀性较好。

　　空气预热平均温度随换向时间的增长而降低，烟气出口平均温度随换向时间的增长而升高。蓄热室的出口处烟气瞬时温度随着加热时间的延长而升高，出口空气瞬时温度随着加热时间的延长而降低。

　　60s之间变化很小，综合考虑温度回收效率四通阀的使用寿命、NO-的排放体积分数等因素得出佳换向时间为40高温空气燃烧技术应用于蓄热室燃烧装置，污染物排放量显著降低。实验条件下，NOx的排放体积分数随换向时间的减少而降低