高温空气燃烧汇总.
国际高温空气燃烧技术现状及发展
国际高温空气燃烧技术现状及发展
随着全球能源需求的不断增长，传统的化石燃料已经无法满足人们的需求。
因此，人们开始寻找新的能源替代品，其中高温空气燃烧技术成为了一个备受关注的领域。
本文将介绍国际高温空气燃烧技术的现状及发展。
高温空气燃烧技术是一种新型的燃烧技术，它利用高温空气代替传统的空气作为氧化剂，从而实现更高效的燃烧过程。
这种技术可以应用于各种领域，包括工业、交通、能源等。
目前，国际上已经有许多公司和研究机构在开展高温空气燃烧技术的研究和应用。
在工业领域，高温空气燃烧技术可以用于炉膛燃烧、烟气净化等方面。
例如，日本的三菱重工业公司已经成功开发出了一种高温空气燃烧锅炉，可以将燃料的燃烧效率提高到90%以上。
在交通领域，高温空气燃烧技术可以用于发动机燃烧，从而提高燃油的利用率。
美国的通用汽车公司已经在其柴油发动机中应用了高温空气燃烧技术，取得了良好的效果。
在能源领域，高温空气燃烧技术可以用于太阳能、风能等可再生能源的储存和利用。
例如，德国的太阳能热发电站就采用了高温空气燃烧技术，将太阳能转化为热能，再利用高温空气燃烧发电。
虽然高温空气燃烧技术在各个领域都有广泛的应用前景，但是目前
仍然存在一些技术难题需要解决。
例如，高温空气燃烧过程中会产生大量的氮氧化物和二氧化碳等有害物质，需要进行有效的净化处理。
此外，高温空气燃烧技术的成本也比传统的燃烧技术高，需要进一步降低成本。
高温空气燃烧技术是一种具有广泛应用前景的新型燃烧技术。
随着技术的不断发展和完善，相信它将会在各个领域发挥越来越重要的作用。
高温空气燃烧技术(HTAC)
高温空气燃烧技术(HT AC)高温空气燃烧技术(H i ghTempe r a t u r e A i rCombus-t i o n [?] 简称H T A C)是近年来在国内外普遍推广应用的一种全新燃烧技术，该技术的主要特征是：(1)采用蓄热室式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热；(2)将燃烧空气预热至8 0 0 - 1 2 0 0伺以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的温度场分布；(3)通过组织低氧或贫氧状态下的燃烧，不仅避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NO x 的大量生成，而且在此基础上，进一步大大降低了NO x生成与排放。
因此，这项技术在实际应用中，产生了显著的经济效益和环保效益。
(I )HT A C是一种极限烟气余热回收技术由于一般工业炉窑的排烟热损失占燃烧总热量的3 0%〜8 0 %,所以提高工业炉窑热效率的最佳途径就是最大限度地降低排烟温度。
在过去，烟气余热回收的主要手段是利用换热器，但换热器回收的烟气余热有限，以冶金企业为例，带普通换热器的轧钢加热炉排烟温度在3 0 0 °C- 4 0 0 °C,小型热处理炉的排烟温度可以高过5 0 0 °C- 6 0 0 °C,而钢包烘烤时烟气的排出温度竟高达1 0 0 0 °C以上。
而在HT AC中，高温烟气与蓄热体换热后，可将排烟温度降至1 5 0 °C以下(理论上可以低于1 0 0 °C甚至接近常温)，这样可将烟气带走的热量以接近完全的程度回收回来，窑炉热效率至少可提高1 0 %〜3 0 %，该技术被认为是节能技术中的一个重大突破。
从节能的角度来看，HTAC技术在我国具有巨大的市场潜力。
我国工业炉窑是耗能大户，而且炉窑的热效率低，平均热效率只有15%,差的只有5%〜6 %，与发达国家相比(例如日本工业炉的平均热效率为3 0%〜4 0 %),差距很大。
国际高温空气燃烧技术现状及发展
地利用副产品气体（ 高炉， 焦炉和转炉气体） 可以有
效 降低生 产成本 ， 少 二 氧化 碳排 放 量 。从长 远来 减 看， 如果 迫切需要 削减二 氧化碳 排放量 ， 该寻找一 应
种 不含碳 的还原 剂还原铁 矿石生 产生铁 。
ｔｃ ｎ ｌｇ ， ｔｌ ｔ ｒ ｖｄ ｄ ｓ ｍｅ ａ ｖｃ ｈ ｅｄ ｏ ｎ ｒ ａ ｉｇ ｒ ｓ ａ ｃ ｆｓ ｅ ｏ ａ ｙ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ａ ｏ ｉ ｅ ｏ ｄ ｉ ｅ ｉ ｔ ｅ ｆ ｌ ｆｅ ｅ ｇ ｓ ｖｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｌｃ ｍｐ ｎ ． ｓ ｐ ｎ ｉ ｙ ｔ
１ ３ ＩＲ ． Ｆ Ｆ及 其他 欧 洲 国 家 开展 的 Ｈ Ｔ Ｃ技 术研 ＩＡ 究情况
Ｉ ｕ ｅ 钢厂提供 的低热值煤气使得研究站具有产 Ｊ ｉｎ ｍ ｄ
生模拟 任意热 值煤气 的能力 。固体 和液体 燃料也 可 以。另 外 ： 的 Ｈ Ｃ—Ｅ Ｃ２ 新 Ｅ Ｅ ＭＷ 炉子 模 拟 了一 个 由紧 凑 的蓄 热室 烧 嘴 加热 的现 代化 加 热 炉 、 加 ２号 热炉可 以用来研 究 液体 和 气 体燃 料 火焰 特 性 ， 般 一 最大功 率为 １ Ｗ 、 以提供预 热空气 ＞ ０ ｏ 现 场 Ｍ 可 ５０Ｃ、 可 以提供 富氧空气 及纯 氧 。 Ｈ Ａ （ 温空 气燃 烧 ） 目从 ２ Ｔ Ｃ高 项 Ｏ世 纪 ９ Ｏ年 代
ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ｏＮ ＧＨ ｍ ＴＥＭ ＰＥＲＡＴＵＲＥ Ｒ ＡＩ ＣｏＭ ＢＵＳ ｏＮ ＴＩ
Ｒａ ｅ ｔ ｏ ｏＷ ｎａ
（ ａｓ ｅ Ｔ ｃｎｌｇ ｅ ｔ ，ｈｎｌ Ｂ ｏｔ ｌ ｅｈ ｏ ｙＣ ｎｅ Ｓａ ｇ ｅ ｏ ｒ ￣ ２ １０ ， ｈｎ ） ０９ ０ Ｃ ｉａ
高温空气燃烧技术的节能与环保
体， 预热空气的温度仅比炉温低５ ～１０ 同时， Ｏ ０ ℃， 在燃烧区将助燃空气的பைடு நூலகம்含
量 由２％降到 ２ ～４ ， １ ％ ％ 解决 高温 空 气燃烧 下 Ⅳ Ｏ 的排放 问题 ， 高温 空气 燃 使 烧 技术 的排 烟温 度 低 于 １ ０ ℃。 ５ ３高温空 气燃 烧 技术 的 节能 与环 保 ３ １ 高温空 气燃 烧技术 的工 作原 理 高温 空气燃烧 技 术的加 热炉 如 图 １ 示 。常温 空气 流经 换 向阀进 入蓄 热 所 室 Ａ 在 经过蓄 热体 （ 瓷小球 或蜂 窝体） ， 陶 时被 加热， 在短 时 间内常温 空 气被加 热 到接近 炉膛 温度， 高温 空气 进人 炉膛 后， 卷吸 周 围炉 内的烟 气形成 含氧 量低 于 ２％的低 氧高温 气流 ， １ 同时 向这股 气 流中注 人燃 料油 或气 ， 使燃料 在低 氧状 态下 燃烧 ， 炉膛 内燃烧 后 的烟气流 经 蓄热 室 Ｂ和换 向 阀排 人大 气 ， 温烟 气在 高 经过 蓄热 体 时将 热量 储存 在蓄 热 体 内， 度 降低 至 １ ０ 以下 。工 作温 度不 温 ℃ ５ 高 的换 向阀 以一 定的 周期 （ 一般 为３ ￣ ８秒 ） ０－１０ 进行切 换， 使两 个蓄 热体 处于 蓄
炉 内温 度 分布更 均 匀， 平均温 度升 高， 换热 （ 包括辐 射 换热 与对 流换热 ） 一步 进 增强 ， 利用 率得 以提 高， 热 研究 结果 表 明， 用高温 空 气燃烧 技 术， 采 一般可 实现
节 能 ３ ％ 以上 。 ０
（） 污染 。主要表 现 在 ３个方 面 ： ２低 ①低 ＮＯ 污染 。尽 管助 燃 空气 预热 温度很 高， 由于燃 烧 区氧浓度 降低 ， 但 火焰 体积 成倍扩 大， 降低 了燃 烧的 峰值温 度， 免 了热力型 ＮＯ 避 的大 量生成 ， 实现 了超 低 ＮＯ 排放 ： ②低 Ｃ 排放 。节 Ｏ， 能即 减 少燃 料 消耗， 少燃 料 消耗 也 就 意味 着 可减 少 温室 气 体 Ｃ 的排 放 。 减 Ｏ， 该技术 可 实现 ３％以上 的 节能， 就意 味着 可减 少 ３％以上 ｃ 的排放 ： 低 ０ 也 ０ Ｄ， ③ 燃烧 噪音 。火焰 体积 显著 增大 ， 使单位 体积 的燃 烧 强度减 弱， 烧 噪音大 大 降 燃
高温空气燃烧技术的优势及发展趋势
热， 助燃空气瞬问彼预热副燃料营火点温度以上。高温高速的助燃 空气喷入炉膛 ，引起燃烧烟 气的回流 ，形成一股含氧浓度较低的高 温气流 与此 时 ，燃料送 入高温低氧氛围的炉膛 ，燃料在炉膛 内 与助燃空气 边混合边燃烧 ．产生 高温空气燃烧 。燃烧结束后的高温 烟气经 过另一侧 的蓄热体 ．将显热储 存于 蓄热体 ．然后 以低于 １０ ５℃的排烟温度排入到 环境 。换向 阀高频 切换 ，蓄热体 的蓄热 和 放热 交替进行 ，达到 了节能降耗 、绿色环 保等 目的。
２ 高温空气燃烧 的优势
高温空气燃烧２世纪９） ０ 【 年代在发达 国家开始应用并迅速 在令世 界得 到推 广 ，到 １９年 全世 界有 ８ ） 工业 炉窑 采用 了这 一技 ９５ Ｉ 多座 ｘ 术 而我 国于１９ 以后才开始从蓄热燃烧 ． ９５ 节能降牦和提高燃料适 用性方 而对该技 术进行 了研究 。近十年来 ，高温空气燃烧技术在我 国 得到 了长足的发 腱和广泛的使用 ．在不断研究 、没汁及推广应用 高温空气燃烧技术的基础上，开 发了 自已的专利技 术和产 品 ．广泛
高温空气燃烧技术通过蓄热式烟气回收 ，能最大限度地回收烟 气的物理热 ，具有节能降耗 、 绿色环 保等优势 。
２ １ 均 匀 炉温 ．
高温空气燃烧将助燃空气温度预热到燃料着火点温度 以上 ，燃 料一进入 炉内就能着火燃烧 ，提高 了燃烧的稳定性 。通过组织炉内 低氧燃烧 ，火焰体积成倍增大 ，扩展火焰燃烧区域 ，火焰边 界几乎 扩 展到炉膛边界 ，炉膛内温度分 布更均匀， 炉温均 ，性 ≤±５ ， ｊ Ｊ ℃… 不 存在传统燃烧 的局 部高温 区 ， 利于被 Ｊ热 件的均匀受热 ，提高 有 Ｊ ｕ
高温空气燃烧炉膛温度 分布均匀 ． 燃烧 稳定 ，提高 了助燃空气 的 温度 ．扩大了对燃 料的适应性 ．降低 了对燃料热值的要求 ．高炉 煤 气 、发生炉煤气等低热值的燃料也可顺利点火燃烧 ，扩展了低热 值燃料的应用范围 ，减少了高热值燃 料的用量 ，降低了生产成本 ：
高温空气燃烧技术及应用
式会社（ Ｆ ） Ｎ Ｋ 联合开发 了一 种新型蓄热器 ， 称为高 效 陶 瓷 蓄热 系统 Ｈ Ｓ（ ｉ ｌ ｙｌ Ｒ ｇｎｒ ｉ Ｒ Ｈｇ —ｃｃ ｅｅｅ ｔｅ ｝ ｅ ａｖ Ｃ ｍ ｕｔ ｎＳｓ ｍ） ｏ ｂ ｓｏ ｙｔ 。在蓄热体选取上 ， ｉ ｅ 采用压力损 失小 、 比表面积更大的陶瓷蜂窝体 ， 以减少蓄热体的 体积和重量。为了实现低 Ｎ ｘ Ｏ 排放 ， 蓄热体和烧 嘴 组成一体联合工作 ， 采用两段燃烧法和烟气 自身再 循环法来控制进气 ， 效果很好 。Ｎ Ｋ进行 了多次试 Ｋ
高温 空气燃烧技术及应 用
马 永杰
（ 商丘工业学校 ， 河南 商丘 ４ ６０ ） ７００
摘 要： 高温空气燃烧技术是近 １ 年来高速发展的一种新型燃烧技术， Ｏ 具有高效、 节能和低污染等特性。
可实现清洁生产 ， 前正得到越来越广泛的应用 。 目
关键 词 ： 高温空气燃烧技 术； 换热器 ； 蓄热 器； 应用前 景 中豳分 类号 ： Ｔ ０ ８４ Ｑ ３． 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０４— １８ ２０ ）６— Ｏ ４— ２ １０ ６ ７ （０ ６ ０ ０ ４ ０
要是间壁式换热器和蓄热式换热器。间壁式换势器 气体流 向不变 ， 工作状况稳定 ， 但其预热温度不超过
为蓄热体 ， 比表面积可达 ２０ｍ ／ 因此蓄热能力 ４ ｍ ， 大大增强 、 蓄热体体积显著缩 小 、 向时间降至 ｌ 换
ａ ｒｎ一 ｉ， ｉ ３ｒ ｎ 温度效率 明显提高 （ ａ 一般 ＞ ０％） 而 ８ ，
体体积庞 大、 换向时间长 、 预热 温度 波动较大。同 时， 烟气 的排 出温度仍有 ３０℃－ ０℃， ０ ６ ０ 换热设备 要求既耐热 、 又气密 ， 结构 复杂 、 作不灵 活。 使 操 综合考虑换热器的经济性 、 材料性能 、 热效率等因 素 ，目 前性能较好 的间壁式换热器的受热温度可
蓄热燃烧技术简介
蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术，全名称为：高温低氧空气燃烧技术（High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC），也作HTAC（High Temperature Air Combustion）技术，也有称之为无焰燃烧技术(Flameless Combustion)。
通常高温空气温度大于1000℃，而氧含量低到什么程度，没有人去划定，有些人说应在18%以下，也有说在13%以下的。
蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出。
工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。
简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。
要注意的是，蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。
经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换，这时原来是排烟口的，现在变成了烧嘴，而原来是烧嘴的，现在变成了排烟口。
高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧，避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NOx的大量生成。
高温空气燃烧技术的研究现状
高温空气燃烧技术的研究现状李鹏辉;王新华;金雷【摘要】In view of the current widely used high temperature air combustion ,basic concepts and charac-teristics of the high temperature air combustion were introduced .Combustion characteristics ,heat storage regenerator ,NOx formation ,reversing device and switch time of research status were described ,which is laid the foundation for the later research .%介绍了目前广泛应用的高温空气燃烧技术的基本原理及其特点，阐述了该技术的燃烧特性、蓄热体、NOx生成及控制和换向装置及换向时间的研究现状，同时为后期的研究提供参考。
【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P150-155,185)【关键词】燃烧技术;蓄热体;换向时间;换向装置【作者】李鹏辉;王新华;金雷【作者单位】湖南节能评价技术研究中心，湖南长沙 410075;中铁四院集团广州设计院有限公司，广东广州 510600;南华大学，湖南衡阳 421001【正文语种】中文【中图分类】TF055为实现工业炉经济稳健、持续的发展，近年来，国内外学者对高效、节能的高温空气燃烧技术进行了深入的研究并应用于实际工程中，实现了节能与环保的双重效益.本文介绍了高温空气燃烧技术的燃烧特性、蓄热体、NOx生成及控制和换向装置及换向时间的研究现状.1 高温空气燃烧技术的基本原理及特点1.1 基本原理高温空气燃烧技术又称蓄热式燃烧技术，它采用高效蓄热式燃烧系统，采用将气体燃料或助燃空气与烟气交替通过蓄热体的方式来实现“极限余热回收”和气体燃料与助燃空气的高温预热并组织燃烧.其工作原理如图1所示，运行示意图如图2所示.由图1和图2可知，当系统工作在A状态下时，燃料和来自鼓风机的热空气经换向系统分别进入通道2，然后通过蓄热室2.预热后的燃料与空气从通道2经烧嘴A 喷出并混合燃烧.燃烧产物对物料进行加热后进入通道1，右侧烧嘴B变为烟道，在蓄热室1内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以低于200 ℃的温度进入换向系统，经引风机排入大气.一定时间后，控制系统发出指令，换向装置动作，使空气和燃料的流动方向同时换向，此时系统工作在B状态下，燃料和空气从通道1经烧嘴B喷出并混合燃烧，这时烧嘴A作为烟道.在引风机的作用下，高温烟气进入蓄热室2内进行热交换，将大部分热传给蓄热体后低温排出，完成一个换向周期.以上过程循环往复，实现炉窑的连续运行.图1 高温空气燃烧技术的工作原理Fig.1 Principle of high temperature air combustion technology图2 高温空气燃烧技术的运行示意图Fig.2 The schematic diagram of high temperature air combustionoperation and technology1.2 特点高温空气燃烧不同于传统的燃烧，其特点是：将炉子的供热、供风、余热回收和排烟系统通过排烟通道(同时又是燃气和助燃空气通道)、蓄热室、换向系统、煤气接口、空气接口、鼓风机、引风机及其附属的管道和控制系统有机地结合起来，使炉子的热效率提高至70%以上，助燃空气的预热温度提高至1000 ℃以上，而排出的烟气温度可降低至200 ℃以下，接近烟气的露点温度.相对于传统的燃烧技术，高温空气燃烧技术的主要优势在于[1]：(1)热效率高.蓄热体耐腐蚀，可以将烟气温度降低到露点温度以下，回收水蒸气冷凝潜热，实现热量的极限回收.(2)扩大火焰燃烧区域，炉温分布均匀.由于空气温度已经高于燃料的着火温度，因此，燃烧的稳定性提高.贫氧燃烧使火焰扩展到大部分炉膛的边界，从而可使炉膛内的温度分布均匀.(3)NOx排放低.采用空气高速射流卷吸烟气回流，可在燃烧区域形成一个低氧氛围，贫氧燃烧可显著减少氧氮化合物的排放.2 高温空气燃烧技术的研究现状目前，国内外对高温空气燃烧技术的研究主要针对燃烧特性、蓄热体、NOx的生成及控制和换向装置及换向时间等方面进行.2.1 燃烧特性在日本“高性能工业炉发展计划”的支持下，其研究人员对工业炉燃烧特性进行了大量的实验，在实验过程中发现一个现象，当1350 ℃的高温空气以90 m/s的速度喷射入炉内时，燃烧火焰看不到明显的边界，形成一种无焰燃烧状态，整个炉膛的温度均匀性有了显著的提高[2].Yuan J等人[3-4]对湍流燃烧采用PDF模型，对辐射采用区域传热模型，对烟灰形成采用二步Tesner模型来综合分析燃烧的特性.计算结果揭示了空气预热温度和氧浓度对燃烧温度的影响，燃烧温度随空气预热温度的升高和氧浓度的增加而升高. Girardi G等人[5]分别采用标准k-ε模型和雷诺应力模型模拟湍流流动，用DO模型(离散坐标模型)模拟辐射，PDF模型模拟燃烧，研究了在不同温度下的高温低氧燃烧特征.计算结果表明，两种湍流模型的模拟结果基本一致.Kawai K等人[6]对低热值燃料的高温空气燃烧特性做了研究，结果表明，当空气预热到1000 ℃以上时，低热值气体可实现稳定燃烧，且炉内温度场比较均匀. Yang W H等人[7-10]对高温空气燃烧技术的研究结果表明：在一定的预热温度(800 ℃以上)下，随着氧气浓度的降低，火焰的峰值温度明显下降，温度分布更加均匀，平均温度提高，热流密度增强，传热效率大大提高；在低氧浓度的条件下，随着空气预热温度的升高，火焰的稳定性增加，峰值温度随之上升，但上升的幅度减小，温度分布更加均匀，表明在高温低氧的条件下，空气预热温度对火焰温度分布特性的影响没有氧气浓度的显著.同理，在低氧浓度下，随着燃料初始温度的升高，火焰的峰值温度逐渐增加，且平均温度分布改善明显；当氧气浓度大于10%时，氧气浓度的变化对燃烧室内的温度分布的影响不明显.Ishii等人[11]利用数值模拟手段对蓄热式燃烧中NO的生成与排放特性进行了分析，研究了热力型NO、快速型NO及NO回燃三个过程，分析了过剩空气系数及预热空气温度对NO的生成与排放特性的影响，可为蓄热式燃烧器的设计提供理论依据.高温空气燃烧技术传入我国后,我国的一些学者也对其燃烧特性进行了研究.清华大学的祁海鹰等人[12]将高温低氧燃烧与常规燃烧进行了对比，发现高温低氧燃烧全场温差仅为200 ℃左右.蒋绍坚等人[13]也对高温低氧燃烧技术的火焰特性进行了实验研究，观察了丙烷在不同空气预热温度和不同含氧浓度气氛中的火焰特性，发现助燃剂预热温度及氧气浓度是影响火焰体积的主要因素.对于普通空气而言，只提高预热温度并不能使火焰体积明显增大，只有在预热温度提高到一定温度以上的同时降低氧含量，才能得到体积较大的火焰，使得火焰的主体呈浓雾状，其边缘无稳定的形态.随着预热温度的逐渐提高，能保持稳定燃烧的最低氧浓度越小.2.2 蓄热体蓄热体作为蓄热室余热回收设备的核心材料承担着在冷热介质间传递热量的任务.目前常用的蓄热体有陶瓷小球和蜂窝陶瓷(图3).国内外目前对蓄热体的研究主要集中在尺寸、形状和材质等方面.图3 陶瓷球和蜂窝陶瓷蓄热体Fig.3 Ceramic balls and honeycomb ceramic regeneratorZarrinehkafsh等人[14]对陶瓷球蓄热室进行了实验和数值模拟研究，实验中分析了气体流速和换向周期对热效率的影响.将数值模拟与实验结果对比分析发现，模拟结果略高于实验值，主要原因是实验测量误差，但计算模型也需要进行必要的改进.Park等人[15]建立了陶瓷球和外界流体耦合传热一维模型，对陶瓷球蓄热室的非稳态传热过程进行了研究.分析了陶瓷球的填充长度、陶瓷球的直径、烟气与空气流速等参数对蓄热式换热器的热效率及阻力损失等的影响.该研究有助于为蓄热室的设计提供一种可行的计算方法.Rafid等人[16]通过数值模拟分析了蜂窝陶瓷内部和外部流体的动态温度及速度分布.模拟中采用二维计算模型，并且考虑了蓄热体内部与气流平行和垂直方向的导热，流体及蓄热体热物性随温度的变化，另外还考虑了烟气和蓄热体之间的辐射传热，结果表明，蜂窝陶瓷蓄热体有良好的蓄热性能.尚永红等人[17]通过建立陶瓷蜂窝蓄热体传热过程的数学模型，把数值计算得到的气体温度与某炼钢厂的蓄热式钢包烘烤器的实测数据作对比，分析了高温燃烧系统中蜂窝陶瓷蓄热体和气体间的热量交换，对于由温度分布不均匀及陶瓷蓄热体膨胀或收缩受限制所产生的热应力进行了计算和分析，得出了蜂窝体的应力分布情况以及结构参数对蜂窝体横截面上的热应力和传热过程的影响.贾力等人[18]用CFX软件对蜂窝陶瓷蓄热体的传热过程进行了模拟研究，分析了蓄热体与气体的轴向温度分布及其随时间的变化规律.针对蓄热式换热器的启动过程，分析了换向时间、气流温度、蓄热体总长度及材料热物性等对热饱和时间的影响.在数值模拟的基础上，通过实验分析了换向周期对蓄热式燃烧系统的影响，实验结果表明，模拟结果与实验结果相吻合.王皆滕等人[19]采用理论分析和实验相结合的方法，研究了蜂巢蓄热体的传热机理、换热特性、温度特性及热回收率等性能参数及其随几何尺寸和换向时间的变化规律，并且通过对实验结果的分析得出了最佳换向时间，总结了流动阻力的计算公式.艾元方等人[20]用基于单参数摄动的半解析数值计算法研究薄壁蓄热器的结构参数对传热性能的影响.其研究结果表明，存在最大相对温度和最佳切换时间，最大相对温度与气流通道的长度成正比.通道的内周长的变化，会导致最大相对温度的改变.最佳切换时间与间壁厚度成正比，最佳切换周期解析值和试验值基本吻合，证实了用半解析数值法进行蜂窝陶瓷蓄热器结构设计和操控优化的可行性.此外，艾元方等人[21]提出了一种蜂窝陶瓷蓄热体气固耦合周期传热的数学解析研究方法.该方法忽略沿气流流动方向的固体导热，建立了薄壁蓄热体周期传热数学模型，并对线性偏微分方程组进行了无量纲化处理，在Matlab软件上利用拉普拉斯变换法，求出蜂窝陶瓷蓄热体的气固温度连续分布函数的精确解，并获得了温度分布数值解，与纯数值计算结果进行了对比.结果表明，两者吻合较好，说明高效、经济、准确地获取蜂窝陶瓷蓄热体传热半解析数值解是可行的.针对蜂窝体和球状体这两种陶瓷蓄热体形式，欧美以球状体为多，日本以蜂窝体为多.而我国由于受燃料结构、换向系统及成本等多方面因素的影响，主要以球状体为多.表1为陶瓷球体和蜂窝陶瓷蓄热体的性能比较[22].由表1可见，陶瓷球与蜂窝陶瓷蓄热体各有特点，在实际应用中，应根据特定的工况合理选用.表1 陶瓷球与蜂窝陶瓷蓄热体的性能比较Table 1 The performance comparison of ceramic balls and honeycomb ceramic regenerator蓄热体性能蓄热体形式陶瓷球蜂窝陶瓷体比表面积小大堆积密度大小蓄热能力低高换向周期/s180～30030～60气流方向任意直通流动阻力大小温度均匀性不均匀均匀使用寿命长较短对材质要求低高积灰积渣易难价格低高除了常用的陶瓷球和蜂窝陶瓷体外，有学者对一些非常规蓄热体进行了研究.其中Choudhury等人[23]对以鹅卵石为蓄热体的蓄热式换热器进行了实验和数值模拟研究.其数学求解、模型计算结果与实验结果吻合比较好.Duprat等人[24]分别将陶瓷球、岩石和编织网划分为一定数目的区域，对每个区域建立能量守恒、质量守恒方程，并对蓄热体进行数值模拟研究，结果表明，陶瓷球蓄热体的结构紧凑但阻力大，编织网蓄热体的蓄热性能与孔隙率有关，孔隙率低时热效率高但压力损失也大，孔隙率高时与整块岩石的性能相似.从工程应用的角度分析，这些非常规蓄热体没有统一的规格和标准，难以大规模使用，因此，真正适合工业应用的蓄热体还是陶瓷球和蜂窝陶瓷.2.3 NOx的生成及控制从NOx的生成机理可看出，NOx主要有热力型和燃料型，分别简称为T-NOx和F-NOx.其中T-NOx是由空气中的N2在高温下氧化生成的，而F-NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中分解氧化而形成的.气体燃料在燃烧时主要形成的是热力型NOx，因此只要合理控制炉内的氧浓度分布和最高温度，就可有效地抑制热力型NOx的生成.Dugue J等人[25]研究了燃料与空气射流之间的相对距离对NOx排放的影响规律，认为燃料与空气射流之间的相对距离对烟气的回流、卷混和稀释程度有很大的影响，相对距离越大，稀释程度越大，NOx的排放就越少.但相对距离增大到一定程度后，NOx的排放减少的幅度会降低.Wei D等人[26]采用标准k-ε模型、混合燃烧模型、Zeldovich的热力型NOx生成机理和DO Soete快速型NOx生成机理，用离散坐标法模拟辐射，采用对数率壁面函数，对IFRF提供的实验炉进行研究，发现高温空气燃烧过程主要是受空气-燃料-已燃烧气体的混合程度的制约.为了抑制NOx的生成，国内外开发了许多低NOx燃烧器，其中以日本研制的FDI燃烧器、德国研制的FLOX燃烧器和中国神雾公司研制的自身蓄热式燃烧器为代表.2.4 换向装置及换向时间由于高温空气燃烧技术需要在一定的时间间隔内实现空气与烟气的按时切换，因此，换向阀是其关键部件之一.目前使用的换向阀主要有阀体直线运动和阀体旋转运动两种，有两位三通阀、四通阀、五通阀及其组合等.其换向动力系统主要有气动系统、电动系统、液压传动系统和电-液传动系统等.表2为几种换向阀的性能对比.表2 几种不同的换向阀性能对比Table 2 The performance of several different reversing valve性能指标换向阀种类五通阀四通阀三通阀动作时间安全性密封性控制方式成本使用寿命慢差差集中低较长较好较差较好分散较高短很好较好较好分散较高长从表2可以看出，三通阀的综合性能相对较好，在实际应用中使用较多，其结构和工作原理如图4和图5所示.换向时间影响着蓄热体的温度效率和热效率，同时对炉温波动幅度和火焰燃烧状况也有很大影响.延长换向时间，一方面会使蓄热体的蓄热量增加，蓄热体的温度相应升高，进而强化放热阶段冷空气与蓄热体的对流换热，促进余热回收率的升高；另一方面使流过蓄热体的空气总质量升高，在蓄热量一定的情况下，单位质量空气所能带走的热量必然降低，不利于维持较高的余热回收率.因此，选取合适的换向参数是非常重要的.图4 三通换向阀结构Fig.4 Tee joint reverse valve structure图5 换向装置的工作原理Fig.5 Reversing device working principle张先珍等人[27]实验研究了换向时间对蓄热式燃烧炉的炉温波动性、炉温分布均匀性，蓄热体换热效率及炉子热效率的影响，最后确定了在实验工况下的最佳换向时间为40 s，在此换向时间下，温度效率可达98.5%，炉子的热效率可达88.29%. 陶曙明等人[28]通过数值模拟和实验的方法，重点研究了换向时间对蓄热式均热炉能耗的影响.结果表明：蓄热式均热炉存在最佳换向时间，蓄热式均热炉在最佳换向时间下工作时可以显著降低能耗；换向时间影响煤气损失量，如根据均热炉的实时烟气流量和排烟温度动态调节换向时间，还可进一步降低均热炉的能耗.刘慧等人[29]分析了换向时间与余热回收效率之间的关系，建立了一个数学关系式.通过此关系式找出合理的换向时间，可获得最大余热回收效率.并验证了在某一特定的工况下，考虑预热温度和蓄热室空隙体积对换向时间的影响，将所计算的理论换向时间与小球的透热时间作比较，最终得到最佳换向时间.刘映辉等人[30]应用数值模拟对两种不同蓄热室模型进行了最佳换向时间的预估研究，得出在两种工况下的最佳换向时间分别为40 s和39 s，为工程实际应用提供了参考数据.3 结语高温空气燃烧技术应用于工业炉，大大降低了冶金企业的能耗，是一种节能、环保的技术，因而被广泛应用.但目前国内对高温空气燃烧技术的研究与国际先进水平之间还存在不小的差距，如何设计出节能、低污染、高效率且运行可靠的蓄热式燃烧炉还有待热工技术人员作进一步研究.【相关文献】[1] 彭好义，蒋绍坚，周孑民.高温空气燃烧技术的开发应用、技术优势及其展望[J].工业加热，2004，33(3)：11-15.[2] TSUJI H, GUPTA A K, HASEGAWA T, et al. 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气体易燃易爆
气体易燃易爆什么是易燃易爆气体？易燃易爆气体是指在一定的条件下，能够与空气混合形成可燃气体，并在火源或高温环境下发生爆炸或燃烧的气体。
易燃气体的最小着火点一般在20℃以下，爆炸极限浓度范围窄，其含量低于下限时无法燃烧，高于上限时过于稀释，也无法燃烧。
常见易燃易爆气体1.乙炔：乙炔在空气中能够燃烧，同时还能与氧气发生爆炸，所以乙炔被列为易燃易爆气体之一。
2.氢气：氢气是最轻的气体，极易燃烧，且燃烧后产生大量热能，所以它也被广泛用于发电、工业生产等领域。
3.甲烷：甲烷是一种常见的易燃气体，它的燃烧能够释放大量热量，同时与空气混合后还能生成有毒的一氧化碳。
易燃易爆气体的危害性易燃易爆气体在不当使用或存储时，会对人员和环境造成危害。
其中最明显的危害是火灾和爆炸事故。
当易燃气体泄漏或意外燃烧时，释放出大量热能和有害气体，导致事故范围扩大，造成人员伤亡和财产损失。
除了火灾和爆炸事故，易燃易爆气体还有其他危害。
例如，易燃气体的燃烧消耗了大量氧气，导致空气中氧气含量不足；易燃气体的加热还会释放出大量的热辐射，对周围环境造成影响，甚至会引起物联网系统失灵等。
易燃易爆气体的预防和应对为预防和应对易燃易爆气体事故，需要采取以下措施：1.做好易燃易爆气体的管理和存储，实行按规定分类标识、专人操作、隔离运输等安全措施。
2.做好易燃易爆气体泄漏应对准备，包括制定应急方案、安装监测设备、配备专业人员等。
3.采用可靠的防爆和防火设备，例如安装防爆门、防爆灯具等。
4.合理使用易燃易爆气体，注意操作安全规程，避免操作失误或疏忽造成安全事故。
5.定期进行安全检查和维护，及时排除安全隐患。
结语在现代化产业的发展中，易燃易爆气体多种多样，需要认真了解和防范它们的危害。
要采取科学合理的安全管理措施，规范操作，加强安全监测和预测。
这样才能够确保生产安全，避免因为贪图小便宜而产生严重的安全事故。
高温空气燃烧技术的特点与发展现状
料 ． 少 二 氧 化 碳 和 氮 氧 化 物 排 放 及 降 低 燃 烧 噪 音 我 国 是 减 能 源 消 耗 大 国 ．而 目前 我 国 的 能 源 利 片 率 只 为 ３ ％左 右 ． 】 ３ 比 发 达 国 家 低 约 １％ ． 别 是 存 电 力 、 铁 、 工 等 能 源 消 耗 高 ０ 特 钢 化 的 行 业 单 位 能 耗 平 均 比 国 际 先 进 高 ４ ％ 因此 推 广 实 施 高 温 ０ 空 气 燃 烧 ． 高 我 国能 源 利 用 率 有 着 重 大 意 义 提
技 术 特 点
中图分 类号 ： １ ＴＫ ６
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ２ ９ ６ （０ ２０ — ３ — ３ １ ７ — ０ ４２ １ ） １ ０ １ ０
长 ． 应 空 间 显著 增 大 ． 焰 体 积 也 因 此 成 倍 扩 大 ［ 反 火 ２ ３
（ ） 焰 温 度 场 分 布 均 匀 。 料 在 低 氧 气 氛 中燃 烧 ， 应 ２火 燃 反
时 间 延 长 ． 焰 体 积 成 倍 扩 大 ． 得 燃 料 燃 烧 的 放 热 速 率 及 火 使 放 热 强 度 有所 减 缓 和 减 弱 ． 焰 中 不再 存 在 传 统 燃 烧 的局 部 高 火 温 高 氧 区 ． 峰 值 温 度 降低 ． 度 场 的分 布也 相 对均 匀 ＿． 火焰 温 ２ ． （ ） ＮＯ ３低 ｘ污 染 燃 烧 过 程 中生 成 的 Ｎ ｘ主 要 为 热 力 型 Ｏ
高 温 空 气 燃 烧 技 术 （ ｇ ｅ ｅａｕｅＡｒＣ ｍｂ ｓｏ — Ｈｉ Ｔ ｍｐｒｔｒ ｉ ｏ ｕｔ ｎ ｈ ｉ Ｈ Ａ ．亦 称 无 焰 燃 烧 技 术 或 蓄 热 式 高 温 空 气 燃 烧 技 术 ， Ｔ Ｃ） 是
浅谈高温空气燃烧技术
２ ０ ． ．１・ 于。 ０ ８ Ｎｏ ’ 月 ｑ
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利 用 率 不 高 ，Ｎ 排 放 量 对 大 气 环 境 造 成 严 重 污 染 。 ｏ
蓄 热 体 ，一 对 燃 烧 器 ，一 个 燃 烧 室 和 一 个 高 频 四 通 换
而 高 温 空 气 燃 烧 技 术 与 传 统 的 燃 烧 技 术 相 比 ，其 主 要
消 耗 ，减 少燃 烧化 石能 源 发 电所带 来 的环境 污 染 。
另 外 ， 本 系 统 研 究 开 发 了 空 气 吸 尘 自动 除 尘 器 ， 将 它 装 在 风 柜 或 风 机 盘 管 的 入 风 口处 ， 对 进 出 风 管 的
［］郭茶秀， ２ 魏新利 ． 热能存储技术 与应 用 ［ ］ 北京： Ｍ ． 化学工业
高 温 空 气燃 烧 技 术 是 日本 学 者 田 中 良一 等 人
摘要 ：介绍 高温 空气燃烧技 术的发展 历程 、主要特 于 上 世 纪 ８０年 代 末 提 出 的 一 种 全 新 概 念 的 燃 烧 技 术 ， 它 把 回 收 烟 气 余 热 与 高 效 燃 烧 以 及 降 低
征 、工作原理 、工作流程 以及 基本 系统等 ，并对国内
外发展情况进行 了简单 的介绍 。
Ｎ０ 排 放 等 技 术 有 机来自地 结 合 起 来 ，从 而 实 现 了极
限 节 能 和 极 限 降低 Ｎｏ 排 放 的 双 重 目的 。 目前 ， 此 项 技 术 在 国 际 上 引 起 了 广 泛 关 注 ， 被 燃 烧 界 誉
关键词 ：高温空气燃烧技 术；工业炉窑 ；节 能；ＮＯ
上 。
空 气 （ 本 上 接 近 炉 温 ）高 速 射 入 燃 烧 室 ，与 高 速 喷 基
高温空气燃烧技术的研究现状及发展趋势(下)
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ａ ｒ ｖ ｌ ｔｏ ｏ ｏ ｓ ｅ ｏ ｕ ｎ ｆ ｃ ｍｂｕ ｔｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ｙ ｎ ｅ ｎ ｔｏｎ ｌ ｏ ｂ ｔｏ ｉ ｓ ｉ ｎ ｃ ｅ ｃ ｂ ｉ ｔ ｒ ａ ｉ ａ ｃ ｍ ｕ ｉ ｎ ｃｒ ｌ ｓ ｉ ｔ ｍ ｕ ｔ － ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｓ ｈ ｓ ｎ ｒ ｙ ｓ ｉｃ ｅ ｗ ｈ ｌ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ． ｉ ｕｃ ａ ｅ ｅ ｇ ｓ ｖ ｎｇ、 ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ ｌ ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ｄ Ｓ ｎ ａｉ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｒ ｔ ｃ ｉ ｎ ａ Ｏ ｏ ．Ｔ ｓ ｐ ｐ ｒ ｏ ｅ ａ ｌ ｎ ｄ ｓ ｓ ｅ ａ ｉ ａ ｌ ｕ ｍ ａ ｉ ｅ ｈ ｈ ｓ ｏ ｉ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｎ ｈｉ ａ ｅ ｖ ｒ ｌ ａ ｙ ｔ ｍ ｔｃ ｌｙ ｓ ｍ ｒｚ ｓ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒｃ ｅ ｅ ｏ ｍ ｎ
高温空气燃烧技术在加热炉上应用的探讨
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
长了炉体 寿命 。
（３ 利 用 了该技 术可 以将 空气 与 高炉 ） 煤 气 预热 剑 １０ ℃ 左 右 ，这 样 可 以使 州 低 ００
热值煤气 能够 维持稳定燃烧，炉温满足 艺要求 。 （ １ 采 用该技 术使 燃料 在 １０ ￣ ４ ０ ０Ｃ以上 的 高 温 和 小 丁 １％浓 度 的氧 气 中 燃 烧 时 ， ５ 可减 少ＮＯ 的排放 量 。 （５ ）可 去掉 传 统 加热 炉 不提 供 供 热 的 预热段 ， 高加热 炉小 时产 量 。 提 （６ ）由于 燃烧 是 在 炉 膛 空 间 内逐渐 燃 烧， 因而燃 烧 噪音人 大 降低 。
图１ 高温空气燃烧技术的应用原理 图
Ｉ 原理 为 ：在前 半 周期 ， 自鼓 风机 作 来 的助 燃 空气 经 换 向 阀进 入 右侧 通 道， 后流 而 经蓄 热室 Ａ，吸 收蓄 热体储 存 的热量 ， 预热 至 高温 屙， 经 过空 气喷 口喷入 燃烧 室 ； 与 在 此 同时， 侧 燃气 快切 阀打 开， 左侧燃 气 快切 阀关 闭， 这样 燃气进 入 右侧通 道， 后再 经燃 而 气 喷 口喷入 燃烧 室 ， 温 空气 混合 均 匀 并 与高 迅 速燃 烧 。 燃烧 产 物对锻 什或 钢坯进 行 加热 后被 引 入左 侧通 道 ， 气 将热 量传 递 给 蓄热 烟 室 Ｂ 中的蓄热 体后 ， 度 降至 ２０ 以下经 温 ０℃ 过换 向阀排 入大 气 中 。间 隔一 定 时间后 ， 系 统进 入后 半周 期， 制 系统 发 出指令， 向阀 控 换 动作， 气快 切 阀同时变 化状 态， 时空气 从 煤 此 左侧 通道 流 经蓄 热 室预 热， 经过 喷 口喷 出 在 并与 燃气 混 合后 在 燃烧 室 中燃烧 ， 时右 侧 这 喷 口变 为烟 道 。高温 空气 经 引 风机 的作 用 ， 通 过 右 侧 蓄 热 室 将 其 中蓄 热 体 加 热 后 。 以 ２ ０ 以下 进 入 换 向 阀排 入 大 气 中， ０℃ 即完 成 个换 向周 期 。这样 ， 热体 周期 性 的存 放 蓄 烟 气 放 出 的热量 ， 并用 储 存 的热量 加 热助 燃 用 空气 。实现 了“ 限余 热 回收” 极 。高温 空气 燃 烧技 术 的换 向周期 一般 为 ３ ￣２ ０［。 ０ ０ ｓ】 ６
初中化学五个高温反应
初中化学五个高温反应
1. 燃烧反应：燃烧是一种高温反应，常见的燃烧反应有燃烧木材、燃烧煤炭等。
在高温下，燃料与氧气发生剧烈的氧化反应，产生大量的热能和火焰。
2. 硝化反应：硝化反应是指有机物或无机物与硝酸或亚硝酸发生氧化反应。
在高温下，硝酸或亚硝酸能够强烈氧化其他物质，产生氮气、氧气等。
3. 煅烧反应：煅烧是一种将固体物质加热至高温进行热分解或氧化的过程。
在高温下，固体物质的结构发生改变，产生新的物质，如石灰石煅烧生成生石灰。
4. 高温合成反应：高温合成是指在高温条件下，将原料物质进行化学反应，生成新的化合物。
例如，高温下可以使氮气和氢气反应生成氨气。
5. 高温分解反应：高温分解是指在高温下，将化合物分解成更简单的物质。
例如，高温下可以将碳酸钙分解成二氧化碳和氧化钙。
高温空气燃烧的燃烧特性及环境特性分析
甲烷燃 料燃 烧 的计 算 方 程式 为 ：
ＣＨ４ ２ ＝ Ｃ ＋ ２ Ｏ＋ ５ ０ １×１ ‘ｋ ， ＋ ０２ Ｏ２ Ｈ２ ．０ ０ Ｊ
（） １
项全 新环 保 节 能燃 烧技 术 。 目前 国外 在工 业 炉窑
１ｍ。 料 ＋２ｍ。 燃 氧化 剂一 （ ＋２ １ ）ｍ。 物 （ 态 ） 产 标 ，
Ｓ 等 气 体 ， 些 气 体 的 排 放 不 仅 对 环 境 造 成 了 污 Ｏ。 这
染， 而且 给 人体 带 来 了伤 害 。 中 国在加 入 ｗＴＯ 后 ，
环 境 问题 成 为 影 响 我 国经 济 发 展 的重 要 因素 之 一 ，
所 以对 燃料 燃 烧过 程 环保 新 技术 的研 究 开发 一 直是 科 技 工 作 者 攻 克 的 方 向 。高 温 空 气 燃 烧 （ ｇ Ｈｉｈ Ｔ ｍｐ ｒｔｒ ｒ Ｃ ｍｂ ｓｉｎ ＨＴＡＣ ） 术 是 ２ ｅ ｅａｕ ｅＡｉ ｏ ｕ ｔ — ｏ 技 ０ 世纪 ９ ０年 代 国 际燃 烧 领 域 开 发 并 开 始 推 广应 用 的
有效 。
关键 词 ： 温空 气燃 烧 ； 释 空 气 ； 热 温度 ； 烧 温度 ； 高 稀 预 燃 Ｎｏ 中图分 类 号 ： ＴＦ０ ５ ５ 文献 标 识码 ： Ａ
燃 料 在 燃 烧 过 程 中 ， 向 大气 排 出 ＮＯ Ｃ ， 会 ， Ｏ。
１ ２ 燃 烧特 性 计算 ． 以 甲烷 作 为 计 算 燃 料 ， １ｍ。 料 为 计 算 单 以 燃 位 ， 了保 证 完 全 燃 烧 ， 气 过 剩 系 数 取 １ １ 并 以 为 空 ．， Ｎ。 Ｃ 分别 作 为空 气 的稀 释气 体 ， 算 在不 同含 和 Ｏ。 计 氧 浓度 及空 气 预热 温度 下 燃料 的燃 烧温 度 。
高温空气燃烧(HTAC)关键技术概述
doi:10.3969/j.issn.1671-5152.2019.05.002高温空气燃烧（HTAC）关键技术概述□同济大学机械与能源工程学院（201804）杨钧秦朝葵摘要：高温空气燃烧（HTAC）技术可在工业炉中同时提高燃烧强度并抑制NOx排放：本文简要综述了HTAC的基本原理和设备，讨论了该技术的高效与减排特性，并介绍了蓄热室设计优化与燃料适应性研究方面的新趋势：关键词：高温空气燃烧（HTAC）蓄热体优化抑制NOx机理燃料适应性随着人口增长和经济发展，能源需求量急剧增加，目前80%，的能源消费均由化石燃料的燃烧转化而来叫工业炉是众多燃烧设备中的耗能大户，其热效率的提高往往以高污染为代价。
上世纪90年代，日本的研究人员在实验中发现：高速喷射（90m/s）的燃气与由蓄热室预热到1600K的空气混合燃烧时，火焰变得不可见了，但可根据烟道中极低的氧浓度推断出燃烧反应已完成；虽然预热温度很高，但烟道内NOx 浓度却不高（低于80ppmv）,这种新的燃烧方式被命名为高温空气燃烧（High Temperature Air Combustion,HTAC）叫另外也有研究人员将其称为“无焰燃烧”（Flameless Combustion）、"无焰氧化"（Flameless Oxidation,FLOX）⑴、“中度或重度低氧稀释”燃烧（Moderate&Intense Low Oxygen Dilution,MILD）141o 本文简要介绍HTAC的系统组成、原理及研究与应用动态。
1HTAC工作模式如图1所示，一个简单的HTAC系统由成对的燃城市燃气2019/05总第531期9烧器、蓄热体和换向阀以及相应的控制系统等组成。
当B燃烧器工作时，室温下的助燃空气被B燃烧器内已预热的高温蓄热体加热，喷入炉内，与燃气混合燃烧。
经炉内换热以后，由A燃烧器排出炉外，同时加热A燃烧器内的蓄热体。
经过适当时间后，通过换向阀的切换，转为A燃烧器工作、B燃烧器排烟，如此循环往复，完成蓄热、放热过程。
高温空气燃烧过程中烟炱生成的初步探讨
高温空气燃烧过程中烟炱生成的初步探讨
高温空气燃烧过程中烟炱是一种特殊的烟气，它由烟气和空气中的烟灰混合而成。
烟炱是一种非常有害的物质，可能对人体和环境造成极大的危害。
烟炱的形成主要是由于空气中的烟灰在高温空气燃烧过程中的反应，当烟灰与高温空气中的氧气反应时，会产生一种叫做烟炱的物质。
烟炱的主要成分是碳，氮，氧，硫等元素，这些元素可以形成一种有害的化学物质，如二氧化硫，一氧化碳，氨等。
烟炱的形成受到空气温度，空气中的烟灰含量，空气中的氧气含量，燃料种类等因素的影响。
当空气温度较高，空气中烟灰含量较高，空气中氧气含量较低，燃料种类较多时，烟炱的形成就会加剧。
另外，烟炱还可能会受到空气中的其他物质，如有机物，灰尘等的影响，这些物质会与烟灰反应，产生更多的有害物质，进而加剧烟炱的形成。
总之，烟炱的形成是由于空气中的烟灰在高温空气燃烧过程中的反应，它会产生一种有害的化学物质，对人体和环境造成极大的危害。
铁在空气中燃烧的实验现象
铁在空气中燃烧的实验现象1. 引言1.1 概述本文旨在探讨铁在空气中燃烧的实验现象及其背后的机理。
铁是一种常见的金属元素，而空气是我们日常生活中不可或缺的组成部分。
当铁遭受高温时，会发生化学反应并与空气中的氧气相互作用，最终导致铁在空气中燃烧。
该现象引起了许多科学家和研究人员的关注，因为它对于我们理解金属面临的环境腐蚀问题以及实际工业应用具有重要意义。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先，将介绍该实验的概述，明确文章研究目标和内容；接着，详细描述铁与空气相互作用以及其在高温下发生的化学反应；然后，对铁燃烧过程及产物进行分析；其次，阐述影响铁燃烧速率的三个主要因素：温度、空气中氧气浓度以及铁表面状态；之后，在实验方法和步骤部分介绍如何进行这个实验，并提供数据采集和记录技巧；最后，通过实验结果分析与总结，我们将探讨该现象背后的机理，并对其应用及未来的发展方向进行讨论。
整篇文章旨在提供详细而全面的资料，以促进更深入的研究和进一步的应用。
1.3 目的本文的目的是通过对铁在空气中燃烧的实验现象进行深入探究，了解其发生机理及影响因素。
通过实验方法与步骤以及数据记录技巧的介绍，读者可以轻松地重复这个实验，并获得准确可靠的数据。
结合实验结果分析与总结，我们将进一步讨论该现象背后潜在的机制，并展望该领域可能取得的未来进展。
这些研究成果有助于增加我们对金属腐蚀问题、高温反应等方面的认识，并为相关领域的科学研究和工业应用提供借鉴和指导。
2. 实验现象：2.1 铁与空气的相互作用：在常温和常压下，铁与空气中的氧气会发生化学反应。
当铁暴露于空气中时，其表面会逐渐氧化，形成铁锈。
铁锈的主要成分是含有水分的氧化铁，主要包括三种不同形式的氧化物：亚铁酸盐（Fe2+）、碱性盐基式亚铁酸盐（Fe4O5）以及纯一均一状态晶体性质的三内酯。
2.2 铁在高温下的化学反应：当将铁加热至高温时，其与空气中的氧气进行更剧烈的反应。
这种高温下的反应被称为铁的燃烧过程。
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氛变化为宜。集中换向控制即单个蓄热室对应若干个烧嘴，采用气
体或液体驱动。该换向方式集中了换向配臵并简化了管路，但难以 控制炉压和炉内气氛。由于换向阀距离蓄热体较远，换向操作时残 留在管道内的燃气随烟气排出，且检修时必须停产。分散换向控制 由于每个蓄热室都有自己独立的换向系统，而且换向阀可紧靠蓄热 体，因此可以克服集中换向的缺点，避免了燃料浪费，但更改换向 方式造价较高，管道布臵复杂，占地面积较大，一般适用于但烧嘴
燃烧空气中的氧浓度（体积浓度）
美国有“低氮氧化物喷射”燃烧技术（LNI-Low NOx Injection）
蓄热式燃烧系统的构成
• 燃烧器 形状 • 蓄热体 换向阀 • 控制系统 材质 尺寸
蓄热燃烧关键部件--蓄热体
蓄热体的工作特性是影响高温空气燃烧指标的关键因素之一。热效率、温 度效率、压力损失及波动、使用寿命和清灰难易等都是评价蓄热室中蓄热 体性能的重要指标
意大利具有所谓的“中度与强化的低氧稀释”燃烧技术（MILDModerate and Intensive Low Oxidation Dillution）
2500 富氧空气 贫氧空气
2000
绝热燃烧温度
1500 温 度 / ℃
富 氧 火 焰
常 规 火 焰
MILD模式
1000
自动着火 500
0 29％ 25％ 21％ 17％ 13％ 9％ 5％
20世纪80年代开始，英国天然气公司（British Gas）与Hot Work 公司共同努力下，开发出一种装备有陶瓷球的蓄热式高温空气燃烧器。 该燃烧器可以称为是高温空气燃烧技术的雏形。与换热式空气预热方式 相比，该燃烧器在一个循环周期内可将助燃空气预热到1000℃的水平， 使烟气余热利用达到接近极限的水平。 但是，NOx的排放量随着助燃空气温度的升高而增加，因此，在节 能的同时却没有达到环保的目的，如何在节能与环保之间找到一个平衡 点，成为后来国内外学术界对蓄热式高温空气燃烧技术研究的重点。 20世纪90年代以后，研究旨在同时达到节能和降低CO2、NOx排放 的双重目标。日本工业炉株式会社（NFK）田中良一领导的研究小组采 用热惰性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，并使用高频换向设备后，检测到NOx 排放量减少。 当通过炉内的空气流速增大时，NOx量会进一步地减少。同时，由 于助燃空气温度很高，这使得低氧气氛的燃烧成为可能，因此，在助燃 空气中添加惰性气体制造出低氧气氛后再通入炉膛参与燃烧反应，炉内 火焰透明无色，炉内温度分布几乎均匀，不存在局部高温区，破坏了 NOx的生成条件，这也使得NOx的生成量大大降低，达到了节能和环保 的双重目标。于是，高温低氧条件下的蓄热式燃烧技术诞生了，即现在 所谓的“高温空气燃烧室技术”。
(1）回收烟气余热85%～95%，节能效果显著。 （2）炉温分布均匀，有助于提高产品产量和质量，延长 炉内相关设备寿命。 （3）COx和NOx排放量大大减少。 （4）扩展了低热值燃料的应用范围。借助高温预热的空 气，可以使低热值的燃料（如高炉煤气、发生炉煤气、 低热值的固体燃料、低热值的液体燃料等）点火容易， 不脱火，并且可以获得较高的炉温。
蓄热体尺寸要求：
尺寸过大，会使蓄 热室体
积庞大，换向时间长；尺寸过小， 会使换向时间缩短得很短，电气 和机械设备都不能适应，换向的 损失也随之增大，还会使蓄热体 在气流的作用下漂浮起来，破坏 稳定状态。
蓄热燃烧关键部件--蓄热烧嘴
蓄热燃烧关键部件--换向阀
换向控制有集中换向阀和分散换向控制两种。评价换向阀的主 要标准有体积大小、换向动作的快慢、机械性能的可靠程度、寿命 的长短等。换向阀的频繁动作，应以不过多影响炉内压力波动和气
高温空气燃烧技术
Technology of High Temperature Air Combustion
第一章 概述
高温空气燃烧技术，是20世纪90年代以来在工业炉领 域内得到大力推广应用的一项全新燃烧技术。它通过极限回 收烟气余热并高效预热助燃空气，实现了高温（1000℃以 上）和低氧浓度（2%～5%）条件下的弥散燃烧，具有大幅 度节能和大幅度降低烟气中COx、NOX等有害物质的双重
高温空气燃烧烧嘴型式
二次燃料 一次燃料 冷却空气 助燃空气 燃气 蜂窝体蓄热室 炉子内部 助燃空气/废气 炉墙 炉内烟气 高温预热空气
燃气+冷却空气
FDI烧嘴
• HRS烧嘴
日本开发了HRS烧嘴和FDI烧嘴，原理是利用额外热焓减 少NOx的排放。
燃料喷口
空气与烟气通道
FLOX烧嘴结构示意图
德国发展的所谓的“无焰氧化”燃烧技术（FLOXFlameless Oxidation）
蓄热燃烧工作原理
燃料
燃料
燃烧器 B
炉温 1350℃ 钢板 1250℃
空气 排气 150℃ 切换阀
预热空气
1000℃
蓄热燃烧工作原理2
燃料 燃烧器 A
燃料 燃烧器 B
炉温 1350℃
钢板 1250℃
空气 排气
蓄热室B
蓄热室A
切换阀
具有大幅度节能和大幅度降低烟气中NOX排放的双重优越性。ห้องสมุดไป่ตู้
HTAC技术的优势主要是:
优越性。
国际权威专家誉为“21世纪的关键技术之一”。
换热式回收烟气余热阶段
存在问题： （1）其回收热量的数量有限，助燃空气的预热温度一般 不超过600℃，而烟气温度仍有500 ℃之高； （2）烟道中的换热器使用寿命短、设备庞大、投资成本 高且维修困难； （3）助燃空气的温度提高以后，火焰中心的温度也大幅 度提高，造成了炉膛局部高温区的存在，不仅影响炉 膛局部耐火材料和炉内金属构件的寿命，而且使产品 质量下降； （4）助燃空气温度的增高导致火焰温度增高，NOx的排 放量大大增加（甚至可以达到 0.1% 以上），对大气环 境仍然造成了严重的污染。
型蓄热室。
蓄热燃烧关键部件--换向阀
五 通 换 向 阀
空气入口
旋 转 换 向 阀
直 通 四 通 阀
接烧嘴A 烟气出口 接烧嘴B
两 位 三 通 阀
高温空气燃烧的应用
20世纪90年代，日本工业炉协会（NFK）承担了HTAC技术为 核心的日本“高性能工业炉的开发”项目。仅1999—2000年，日 本就将高温空气燃烧技术应用到 41 台加热炉、55 台热处理炉和13 台熔炼炉上；并先后将其广泛应用于各种炉窑、钢包烘烤器和辐射 管加热器上。此外，还将其燃烧技术应用于固体燃料气化、燃料再 处理与转化等领域；开发了 MEET（多阶段焓提取技术）新项目， 用于处理固体废弃物等物质。另外，美国与日本合作，开发了先进 的MEET-IGCC生物质燃料气化系统。 近年来，中国一直致力于高温空气燃烧技术的研究开发与应用 ，特别是在技术应用方面取得了很大进步。在消化吸收国外先进技 术的基础上，在蓄热式烧嘴、蓄热体材料等方面拥有了几十种专利 ，并在冶金行业的上百座轧钢加热炉、均热炉、热处理炉、玻璃窑 、熔铝炉、锻造炉、钢包烘烤器等窑炉上成功应用，取得了显著经 济效益。