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蓄热式燃气加热炉燃烧系统工作原理

蓄热式燃气加热炉燃烧系统工作原理

作者:xiatian    来源:未知    发布时间:2021-12-23 14:21    浏览量:
  蓄热式燃气加热炉烧嘴成对布置,相对的两个烧嘴为一组(A、B烧嘴)。从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式烧嘴A后,在流过蓄热式烧嘴A陶瓷小球蓄热体时被加热,常温空气被加热到接近炉膛温度(一般为炉膛温度的80%~90%)。被加热后的高温空气进入炉膛后,卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流,贫氧高温空气与注入的燃料混合,实现燃料在贫氧状态下燃烧;与此同时,炉膛内的热烟气经过蓄热式烧嘴B排出,高温热烟气通过蓄热式烧嘴B时将显热储存在蓄热式烧嘴B内的蓄热体内,然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。当蓄热体储存的热量达到饱和时进行换向,蓄热式烧嘴A和B变换燃烧和蓄热工作状态,如此周而复始,从而达到节能和降低NOX排放量等目的。
  蓄热式燃烧技术改变了传统的燃烧方式,主要表现为燃料与空气以适当速度从不同的喷嘴通道进入炉内,并卷吸炉内的燃烧产物,空气中的O2含量被稀释,燃料在炉膛中高温(1 000℃以上)低氧浓度场(5%~6.5%)工况下燃烧,此种燃烧方式带来了许多优点:
  (1)节能效果显着,比传统熔化炉平均节能25%以上
  由于蓄热体“极限回收”了烟气中大部分的余热,并由参与燃烧的介质带回炉内,大大降低了炉子的热支出,所以采用蓄热式燃烧技术的炉子比传统熔化炉节能。
  (2)消除了局部高温区,炉温分布均匀
  燃料在高温低氧浓度工况下燃烧,在炉内形成没有明显火焰的弥漫燃烧,消除了火焰产生的局部高温区,火焰边界几乎扩大到整个炉膛,使炉温更加均匀。蓄热式烧嘴工作状态频繁交换,使燃烧热点的位置及炉气流动方向频繁改变,强化了炉气对流,减小炉内死角,也使炉温更加均匀。
  (3)提高加热质量
  均匀的炉温使铝锭加热更均匀,降低了局部高温以及富氧环境对铝液的挥发和氧化作用。?
  (4)延长炉子耐火材料使用寿命
  炉温均匀和消除局部高温区使耐火材料受热均匀,并保证耐火材料始终工作在合理的使用温度范围内。
  (5)减少温室效应气体CO2排放量及NOX生量
  燃料节省25%,相应的CO2排放量也减少25%。由于局部高温区的消除,有效的降低了NOX的生成量。
  四、蓄热体材料
  蓄热体是蓄热式燃烧技术关键部分,它要求蓄热体具有蓄热量大、换热速度好、高温强度好、阻力损失小、抗氧化抗渣性强,而且经济耐用。
  陶瓷球的原理就是在蓄热室内填冲直径相同的许多陶瓷实心球,堆积呈固定床,球径一般在15-25mm之间。
  陶瓷球蓄热体比表面积240m2/m3,众多的小球将气流分割成很小流股,气流在蓄热体中流过时,形成强烈紊流,有效地冲破了蓄热体表面的附面层,又由于球径很小,传热半径小,热阻小,密度高,导热性强,加之换向系统设计独特,故可实现频繁且快速的换向,固此,蓄热体可利用30次/H,高温烟气流经蓄热体床层后便可将烟气降至150℃排放。常温空气流径蓄热体在相同路径内即可预热至反比烟气温度低50℃,温度效率高达95%以上。另外,因为蓄热体体积十分小巧,加之小球床的流通能力强,即使积灰的阻力增加也不影响换热指标,陶瓷小球的更换,清洗非常方便,并可重复利用。
 
 
 
 
  
  熔铝炉
  蓄热体材质 陶瓷材料
  形状 球形
  蓄热体体积 3m3
  换向时间 120秒
  空气预热温度 1000℃
  高温烟气温度 1050℃
  排烟温度 ≤150℃
  材料比表面积(m2/m3) 240
  球径 25mm
  热回收率 约70%-80%
  五、应用案例
  下面以燃油、燃气蓄热式熔铝炉为案例,对采用某公司单蓄热(空气)技术及专利设备(换向阀)等应用节能效果做比较和分析。
  1.某铝厂熔化车间——新建项目
  熔化材料:铝坯及再生铝材
  炉子形式:矩形固定式
  炉子容量:30T 炉膛工作温度:< 1 100℃
  铝液温度:720℃~830℃ 熔体温差:≤±5℃
  熔化期熔化率:5.2t/h
  熔池面积:5.05×4.5=22.7m2
  熔池深度:650mm
  熔化期吨铝消耗:≤62 m3/吨铝
  铝坯入炉温度:常温
  燃料:天然气
  发热值:8 500 kcal/Nm3
  排烟温度:<150℃
  蓄热材料:陶瓷小球
  烧嘴型式:含点火及常明式蓄热式烧嘴
  2.改造项目
  改造前:为常规的烧嘴技术,即采用机械式雾化油枪技术,熔化率为3.5吨,吨铝耗油76千克。经过改造后的熔化率达到5吨,熔铝热耗53千克,平均节油率30%。
  相关参数如下:熔化材料:30%铝及铝合金锭、废料+70%电解铝液
  炉子形式:矩形固定式、一扇组合大炉门、机械扒渣
  炉子容量:25T
  炉膛工作温度: < 1 100℃
  铝液温度:730℃~860℃
  熔化期熔化率:5t/h
  熔池面积:5×4=20 m2
  熔化期吨铝消耗:~53公斤/吨铝
  熔料入炉温度:常温
  燃料:0#轻柴油
  发热值:10 200 kcal/kg
  排烟温度:<150℃
  总论:
  从热平衡角度来说,采用蓄热式换热技术的熔化炉燃料节约率与炉子砌体的蓄热量、炉体的表面散热损失有关。因为烧嘴是通过烟气回收余热的,炉体的蓄热量减小,表面散热损失越少,则排烟余热量越大,燃料节约率就越高。
  同时,由于熔铝炉间歇性工作特点,在不同工作状态时炉温、蓄热体中空气流速、烟气出口温度有较大波动。这样烧嘴换向时间也应随工作状态变化而变化,优化蓄热体的利用率,使余热回收达到更好的效果。
  由于空气通过蓄热体后温度升高,带进炉内大量显热,使得燃料的理论燃烧温度显着提高。在采用相同的炉型和燃料时,蓄热炉比常规炉有更高的综合加热温度和更快的加热速度。
  采用蓄热式换热技术,带来的直接经济效益主要是节省燃料。由于消除局部高温区,炉温分布均匀,使耐火材料使用寿命延长,同时提高了加热质量,减少了氧化烧损。由这些因素带来的经济效益也是相当可观的。
  从环境保护角度来说,燃料节省25%,烟气中CO2等温室气体总量也相应减少了25%。同时由于燃料在高温空气贫氧环境下,降低了NOX的产生。总之,蓄热技术应用到熔铝炉上,起到了很好的节能效果;也降低了CO2和NOX的排放,减轻环境污染。同时,蓄热技术还有待进一步研究,达到更好的节能、环保效果。

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