高溫空氣燃燒技術(shù)

1、Technology of High Temperature Air Combustion第一章 概述 高溫空氣燃燒技術(shù)，是20世紀(jì)90年代以來在工業(yè)爐領(lǐng)域內(nèi)得到大力推廣應(yīng)用的一項(xiàng)全新燃燒技術(shù)。它通過極限回收煙氣余熱并高效預(yù)熱助燃空氣，實(shí)現(xiàn)了高溫（1000以上）和低氧濃度（2%5%）條件下的彌散燃燒，具有大幅度節(jié)能和大幅度降低煙氣中COx、NOX等有害物質(zhì)的雙重優(yōu)越性。 國際權(quán)威專家譽(yù)為“21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一”。換熱式回收煙氣余熱階段存在問題：（1）其回收熱量的數(shù)量有限，助燃空氣的預(yù)熱溫度一般不超過600，而煙氣溫度仍有500 之高；（2）煙道中的換熱器使用壽命短、設(shè)備龐大、投資成本高且維修

2、困難；（3）助燃空氣的溫度提高以后，火焰中心的溫度也大幅度提高，造成了爐膛局部高溫區(qū)的存在，不僅影響爐膛局部耐火材料和爐內(nèi)金屬構(gòu)件的壽命，而且使產(chǎn)品質(zhì)量下降；（4）助燃空氣溫度的增高導(dǎo)致火焰溫度增高，NOx的排放量大大增加（甚至可以達(dá)到0.1%以上），對(duì)大氣環(huán)境仍然造成了嚴(yán)重的污染。 20世紀(jì)80年代開始，英國天然氣公司（British Gas）與Hot Work公司共同努力下，開發(fā)出一種裝備有陶瓷球的蓄熱式高溫空氣燃燒器。該燃燒器可以稱為是高溫空氣燃燒技術(shù)的雛形。與換熱式空氣預(yù)熱方式相比，該燃燒器在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)可將助燃空氣預(yù)熱到1000的水平，使煙氣余熱利用達(dá)到接近極限的水平。 但是，NO

3、x的排放量隨著助燃空氣溫度的升高而增加，因此，在節(jié)能的同時(shí)卻沒有達(dá)到環(huán)保的目的，如何在節(jié)能與環(huán)保之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，成為后來國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)研究的重點(diǎn)。 20世紀(jì)90年代以后，研究旨在同時(shí)達(dá)到節(jié)能和降低CO2、NOx排放的雙重目標(biāo)。日本工業(yè)爐株式會(huì)社（NFK）田中良一領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用熱惰性小的蜂窩式陶瓷蓄熱器，并使用高頻換向設(shè)備后，檢測(cè)到NOx排放量減少。 當(dāng)通過爐內(nèi)的空氣流速增大時(shí)，NOx量會(huì)進(jìn)一步地減少。同時(shí)，由于助燃空氣溫度很高，這使得低氧氣氛的燃燒成為可能，因此，在助燃空氣中添加惰性氣體制造出低氧氣氛后再通入爐膛參與燃燒反應(yīng)，爐內(nèi)火焰透明無色，爐內(nèi)溫度分布幾乎均勻

4、，不存在局部高溫區(qū)，破壞了NOx的生成條件，這也使得NOx的生成量大大降低，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的雙重目標(biāo)。于是，高溫低氧條件下的蓄熱式燃燒技術(shù)誕生了，即現(xiàn)在所謂的“高溫空氣燃燒室技術(shù)”。 燃料燃料燃料燃料燃燒器燃燒器 B B空氣空氣切換閥切換閥排氣排氣 150 150爐溫爐溫 1350 1350蓄熱燃燒工作原理蓄熱燃燒工作原理空氣空氣排氣排氣預(yù)熱空氣預(yù)熱空氣10001000爐溫爐溫 1350 1350蓄熱室蓄熱室B B燃料燃料燃燒器燃燒器 A A燃料燃料燃燒器燃燒器 B B切換閥切換閥蓄熱室蓄熱室A A蓄熱燃燒工作原理蓄熱燃燒工作原理2 2具有大幅度節(jié)能和大幅度降低煙氣中具有大幅度節(jié)能和大幅度降

5、低煙氣中NOX排放的雙重優(yōu)越性。排放的雙重優(yōu)越性。HTAC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要是: (1）回收煙氣余熱85%95%，節(jié)能效果顯著。（2）爐溫分布均勻，有助于提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，延長(zhǎng)爐內(nèi)相關(guān)設(shè)備壽命。（3）COx和NOx排放量大大減少。（4）擴(kuò)展了低熱值燃料的應(yīng)用范圍。借助高溫預(yù)熱的空氣，可以使低熱值的燃料（如高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、低熱值的固體燃料、低熱值的液體燃料等）點(diǎn)火容易，不脫火，并且可以獲得較高的爐溫。高溫空氣燃燒燒嘴型式HRS燒嘴爐子內(nèi)部一次燃料二次燃料蜂窩體蓄熱室助燃空氣燃?xì)饫鋮s空氣助燃空氣/廢氣爐內(nèi)煙氣高溫預(yù)熱空氣燃?xì)?冷卻空氣爐墻FDI燒嘴日本開發(fā)了HRS燒嘴和FDI燒嘴，原理是利用額

6、外熱焓減少NOx的排放。空氣與煙氣通道燃料噴口FLOX燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖德國發(fā)展的所謂的“無焰氧化”燃燒技術(shù)（FLOX-Flameless Oxidation）溫度/富氧火焰常規(guī)火焰絕熱燃燒溫度MILD模式自動(dòng)著火貧氧空氣富氧空氣25002000150010005000292521171395燃燒空氣中的氧濃度（體積濃度）意大利具有所謂的“中度與強(qiáng)化的低氧稀釋”燃燒技術(shù)（MILD-Moderate and Intensive Low Oxidation Dillution）美國有“低氮氧化物噴射”燃燒技術(shù)（LNI-Low NOx Injection） 燃燒器燃燒器 形狀形狀 蓄熱體蓄熱體 材質(zhì)材質(zhì)

7、 尺寸尺寸 換向閥換向閥 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)蓄熱式燃燒系統(tǒng)的構(gòu)成蓄熱式燃燒系統(tǒng)的構(gòu)成蓄熱燃燒關(guān)鍵部件蓄熱燃燒關(guān)鍵部件-蓄熱體蓄熱體蓄熱體尺寸要求： 尺寸過大，會(huì)使蓄熱室體積龐大，換向時(shí)間長(zhǎng)；尺寸過小，會(huì)使換向時(shí)間縮短得很短，電氣和機(jī)械設(shè)備都不能適應(yīng)，換向的損失也隨之增大，還會(huì)使蓄熱體在氣流的作用下漂浮起來，破壞穩(wěn)定狀態(tài)。蓄熱體的工作特性是影響高溫空氣燃燒指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一。熱效率、溫度效率、壓力損失及波動(dòng)、使用壽命和清灰難易等都是評(píng)價(jià)蓄熱室中蓄熱體性能的重要指標(biāo)蓄熱燃燒關(guān)鍵部件蓄熱燃燒關(guān)鍵部件-蓄熱燒嘴蓄熱燒嘴蓄熱燃燒關(guān)鍵部件蓄熱燃燒關(guān)鍵部件-換向閥換向閥 換向控制有集中換向閥和分散換向控制兩種

8、。評(píng)價(jià)換向閥的主要標(biāo)準(zhǔn)有體積大小、換向動(dòng)作的快慢、機(jī)械性能的可靠程度、壽命的長(zhǎng)短等。換向閥的頻繁動(dòng)作，應(yīng)以不過多影響爐內(nèi)壓力波動(dòng)和氣氛變化為宜。集中換向控制即單個(gè)蓄熱室對(duì)應(yīng)若干個(gè)燒嘴，采用氣體或液體驅(qū)動(dòng)。該換向方式集中了換向配置并簡(jiǎn)化了管路，但難以控制爐壓和爐內(nèi)氣氛。由于換向閥距離蓄熱體較遠(yuǎn)，換向操作時(shí)殘留在管道內(nèi)的燃?xì)怆S煙氣排出，且檢修時(shí)必須停產(chǎn)。分散換向控制由于每個(gè)蓄熱室都有自己獨(dú)立的換向系統(tǒng)，而且換向閥可緊靠蓄熱體，因此可以克服集中換向的缺點(diǎn)，避免了燃料浪費(fèi)，但更改換向方式造價(jià)較高，管道布置復(fù)雜，占地面積較大，一般適用于但燒嘴型蓄熱室。蓄熱燃燒關(guān)鍵部件蓄熱燃燒關(guān)鍵部件-換向閥換向閥五五通

9、通換換向向閥閥旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換向向閥閥直直通通四四通通閥閥接 燒 嘴 B空 氣 入 口接 燒 嘴 A煙 氣 出 口兩兩位位三三通通閥閥高溫空氣燃燒的應(yīng)用 20世紀(jì)90年代，日本工業(yè)爐協(xié)會(huì)（NFK）承擔(dān)了HTAC技術(shù)為核心的日本“高性能工業(yè)爐的開發(fā)”項(xiàng)目。僅19992000年，日本就將高溫空氣燃燒技術(shù)應(yīng)用到41臺(tái)加熱爐、55臺(tái)熱處理爐和13臺(tái)熔煉爐上；并先后將其廣泛應(yīng)用于各種爐窯、鋼包烘烤器和輻射管加熱器上。此外，還將其燃燒技術(shù)應(yīng)用于固體燃料氣化、燃料再處理與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域；開發(fā)了MEET（多階段焓提取技術(shù)）新項(xiàng)目，用于處理固體廢棄物等物質(zhì)。另外，美國與日本合作，開發(fā)了先進(jìn)的MEET-IGCC生物質(zhì)燃料

10、氣化系統(tǒng)。 近年來，中國一直致力于高溫空氣燃燒技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用，特別是在技術(shù)應(yīng)用方面取得了很大進(jìn)步。在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在蓄熱式燒嘴、蓄熱體材料等方面擁有了幾十種專利，并在冶金行業(yè)的上百座軋鋼加熱爐、均熱爐、熱處理爐、玻璃窯、熔鋁爐、鍛造爐、鋼包烘烤器等窯爐上成功應(yīng)用，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。 HTACHTAC在加熱爐上的應(yīng)用在加熱爐上的應(yīng)用技 術(shù)項(xiàng) 目傳統(tǒng)燃燒高溫空氣燃燒應(yīng)用效果傳 熱提高爐膛溫度局部高溫存在可提高爐內(nèi)的平均溫度且爐內(nèi)溫度均勻高傳熱率，高加熱速度，爐子尺寸減少脈沖燃燒特性每控制段的燒嘴能力同時(shí)升降每個(gè)燒嘴不受相鄰燒嘴能力大力影響強(qiáng)化爐氣循環(huán)，縮短加熱時(shí)間 爐內(nèi)溫度

11、差1502002050提高加熱質(zhì)量，減少氧化燒損節(jié)能降耗預(yù)熱空氣溫度2505509001000節(jié)能30以上減少或取消預(yù)熱段因集中預(yù)熱而不可能分散式余熱回收使極限余熱回收可能設(shè)備尺寸減少，可節(jié)能，提高生產(chǎn)率燃燒控制調(diào)節(jié)比一般為11.5最大可達(dá)到20效率大大提高可分區(qū)域控制因集中排煙而困難分散排煙容易適應(yīng)各種軋制節(jié)奏出爐溫度控制熱惰性大，不適應(yīng)出爐溫度頻繁的變化熱影響性好，適合不同出爐溫度的變化實(shí)現(xiàn)自由軋制過程環(huán)境控制CO2排放自然排放因強(qiáng)烈的煙氣再循環(huán)可減少30減少 CO2排放NOx排放低NOx燒嘴低氧化燃燒實(shí)現(xiàn)的低NOx技術(shù)控制在100ppm燃燒噪音90110dB因在爐內(nèi)較大區(qū)域燃燒只有708

12、0dB降低噪音總評(píng)價(jià)節(jié)能控制，低污染等技術(shù)已很難突破節(jié)能控制，低污染等方面有了重大飛躍是21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一高溫空氣燃燒技術(shù)與傳統(tǒng)燃燒技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用對(duì)比25-30%以往的水平預(yù)熱前窯爐出口排煙溫度()14001200100080060040050-60%70 60 50 40 30 20 10 00 200 400 600 800 1000 1200 1400預(yù)熱空氣溫度燃料節(jié)約率%出處：NFK公司（日本)：產(chǎn)品目錄HTACHTAC在烤包器上的應(yīng)用在烤包器上的應(yīng)用 主要技術(shù)特點(diǎn)是：蓄熱式鋼包烘烤器的排煙溫度為150 左右，比常規(guī)鋼包烘烤裝置的排煙溫度(約1000 )低很多，充分回收了煙氣

13、余熱。節(jié)能率可達(dá)30%50%。由于蓄熱式鋼包烘烤器為換向燃燒方式，同時(shí)又具有脈沖燃燒特性，使得包內(nèi)煙氣強(qiáng)烈擾動(dòng)，火焰對(duì)鋼包內(nèi)襯的加熱溫度較均勻，包口與包底之間的溫差30 ，能更好地滿足生產(chǎn)的需要。蓄熱式鋼包烘烤器內(nèi)火焰溫度提高，熱傳輸率增大，加快了烘烤速度，從而縮短了烘烤時(shí)間。輻射管燃燒器 應(yīng)用高溫空氣燃燒技術(shù)的蓄熱式輻射管燃燒器主要用于金屬材料的熱處理工藝設(shè)備上，如可控氣氛爐、塔式爐、輥底式爐、真空熱處理爐、高速帶鋼連續(xù)熱處理爐和帶鋼熱鍍鋅用退火爐等，取得了很好的效果。它具有熱效率高、節(jié)能效果好、污染排放少、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。以日本研制的雙端式輻射管燃燒系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐為例，其單管可節(jié)能30以上；

14、熱效率為62.8（傳統(tǒng)輻射管為44.7）；廢熱回收率為72.4（傳統(tǒng)輻射管為23.3）；溫差約45C（傳統(tǒng)輻射管約80C）；所排廢氣中NOx為8110-6（傳統(tǒng)輻射管為809010-6）；CO2的年排放量降低了1089 t。 在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用 將高溫空氣燃燒技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)爐的技術(shù)改造,對(duì)提高鍋爐熱效率，減少環(huán)境污染,降低金屬消耗，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等具有極其重要的意義。日本已成功地開發(fā)了采用高溫空氣燃燒的鍋爐（）鍋爐，并建造了示范工廠。與傳統(tǒng)的鍋爐相比，HTAC鍋爐的特點(diǎn)是：新型鍋爐采用高效蜂窩體可使預(yù)熱回收率達(dá)到80以上，爐內(nèi)溫度分布均勻，輻射能力因燃料裂解而明顯增強(qiáng)，換熱效率顯著提高

15、。由于煙氣平均溫度提高，使得爐內(nèi)輻射換熱得以強(qiáng)化；由于省去了常規(guī)鍋爐的對(duì)流換熱段，使得體積明顯縮小。污染顯著降低。能夠燃用低熱值燃料，不發(fā)生點(diǎn)火困難和熄火問題，燃料適應(yīng)性范圍擴(kuò)大。易獲得高溫高壓蒸汽。 在固體廢棄物氣化工藝上的應(yīng)用 運(yùn)用高溫空氣燃燒技術(shù)進(jìn)行高溫煤氣化和垃圾等廢棄物固體燃料的氣化，是高溫空氣燃燒技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。此領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)首推日本政府啟動(dòng)的MEET(Multi-staged Enthalpy Extraction Technology，即“多級(jí)焓提取技術(shù)”)新技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，目前已處于商業(yè)化階段。它主要包括蒸汽/空氣重整式（STAR-MEET）和高溫空氣氣化多級(jí)焓提取技術(shù)（H

16、TAG-MEET）兩類系統(tǒng)。第二章 低氧彌散燃燒過程物理化學(xué)特性高溫空氣燃燒（High temperature air combustion）;低氧燃燒（Low oxygen combustion）;稀薄燃燒或稀釋燃燒（Dilution combustion, 或Oxygen-diluted combustion, ODC）;低NOX燃燒（Low NOX emission combustion ）;無焰燃燒（Flameless combustion, colorless combustion）;無焰氧化（Flameless Oxidation, FLOX）;蓄熱燃燒（Regenerative

17、combustion）;低氮噴射燃燒（Low NOx injection combustion, LNIC）;中度強(qiáng)化稀氧燃燒（Moderate and Intensive Low-oxygen Dilution Combustion, MILD）強(qiáng)調(diào)：發(fā)生條件、排放特性、外觀特性、依賴的技術(shù)。低氧彌散燃燒（低氧彌散燃燒（Dispersion combustion with low Oxygen-content, Dispersion combustion with low Oxygen-content, DCLODCLO）2.1 低氧彌散燃燒概念 不同空氣預(yù)熱溫度和含氧體積濃度條件下丙烷的火

18、焰實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)：存在穩(wěn)定燃燒區(qū)和不燃燒區(qū)；在800且O215%條件下火焰體積增大，火焰邊緣無穩(wěn)定狀態(tài)，且亮度減弱。 （1）具有“依靠燃料自燃原理來維持爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒”的特征 傳統(tǒng)燃燒穩(wěn)定性：火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c可燃物流出速度的平衡以及高溫?zé)嵩吹膫鳠醽肀ＷC的。 自由火焰邊界層中實(shí)現(xiàn)火焰的穩(wěn)定（自由射流火焰）；利用外界能源穩(wěn)定火焰（煤粉燃燒中用重油輔助噴嘴）；利用回流卷吸效應(yīng)來穩(wěn)定火焰（旋轉(zhuǎn)射流和鈍體后的穩(wěn)定燃燒）；氣體的同向大速差射流（噴吹煤粉用大速差射流的強(qiáng)化燃燒）；利用熱流循環(huán)來穩(wěn)定火焰（用燒嘴磚、爐壁爐拱的輻射傳熱），利用激波穩(wěn)定火焰等。 低氧彌散燃燒爐內(nèi)不存在特殊的穩(wěn)定火焰設(shè)計(jì)，爐內(nèi)每個(gè)位置（包

19、括助燃空氣入口、排煙口及低溫受熱面）溫度都高于燃?xì)饣旌衔镒匀键c(diǎn)，在火焰脫離傳統(tǒng)燃燒中由燒嘴控制的穩(wěn)燃區(qū)后能依靠燃料自燃作用繼續(xù)燃燒。 （2）“反應(yīng)點(diǎn)彌散”?！皬浬ⅰ笨扇嘉锓肿雍脱鯕夥肿踊旌喜l(fā)生燃燒反應(yīng)的位置或點(diǎn)在爐膛內(nèi)的分散，“這種燃燒是一種可燃物分子和氧氣分子較均勻地分散于爐膛空間內(nèi)的每一個(gè)位置的燃燒”。 在燃燒過程中，未消耗掉的燃料或氧氣分子就隨氣流對(duì)流擴(kuò)散流動(dòng)而被移到反應(yīng)區(qū)之外。由于燃料和氧氣的消耗速度（反應(yīng)速率）降低，部分或小部分反應(yīng)物分子被消耗而表現(xiàn)出火焰。大部分或剩余的部分反應(yīng)物分子在燃燒物理作用下被移至反應(yīng)區(qū)之外混合。這一過程一直延續(xù)到反應(yīng)物中的一方被完全消耗為止，不同反應(yīng)區(qū)疊

20、加而表現(xiàn)出大體積火焰。優(yōu)化燃燒物理過程可以合理布置火焰骨架，從而使整個(gè)爐膛充滿火焰。（3）“低釋熱強(qiáng)度（單位火焰體積燃燒放熱）延時(shí)燃燒”。 火焰是不同時(shí)刻反應(yīng)區(qū)疊加的結(jié)果。全部反應(yīng)被設(shè)置在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間和大的空間里完成，體現(xiàn)出低強(qiáng)度釋熱延時(shí)燃燒等特征。已吸收小部分燃燒熱的反應(yīng)物在被消耗前能離開反應(yīng)區(qū)，有效地阻止反應(yīng)速率的驟然增大，沒有激發(fā)傳統(tǒng)燃燒中的快速燃燒反應(yīng)，保證反應(yīng)區(qū)低強(qiáng)度燃燒釋熱和小的溫度升高。（4）“以低氧為前提，燃燒過程可控”。 降低燃燒反應(yīng)速率并抑制快速燃燒反應(yīng)，可調(diào)節(jié)這種燃燒行為，而這兩項(xiàng)措施的關(guān)鍵是降低燃燒氣流含氧體積濃度。燃燒溫度和含氧體積濃度影響燃燒反應(yīng)速率。燃燒溫度主要

21、由入爐氣流預(yù)熱溫度、裝置熱負(fù)荷、爐膛散熱、燃料的化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒損失、爐內(nèi)多原子氣體高溫分解等因素決定。入爐助燃?xì)饬鞲咚賴娙?、燃?xì)饣蜓趸瘎饬鲝牟煌恢没蛟诓煌臅r(shí)間里注入（分散注入）、爐外預(yù)先降低空氣含氧濃度（直接低氧）、或快速切換利用切換過渡階段滯留在爐內(nèi)的煙氣稀釋空氣含氧濃度（滯留稀釋）等措施，能降低燃燒氣流含氧體積濃度。 低氧彌散燃燒（DCLO）:以自燃為穩(wěn)燃條件，燃燒反應(yīng)點(diǎn)彌散且燃燒過程延時(shí)可控的燃燒。（1）“低氧”指發(fā)生爐內(nèi)燃燒時(shí)燃燒氣流含氧體積濃度低于傳統(tǒng)燃燒的21%。低氧條件是低氧彌散燃燒的前提。在入爐助燃?xì)饬骱鯘舛容^高時(shí)，要設(shè)計(jì)一個(gè)爐內(nèi)降低助燃燃?xì)饬骱鯘舛鹊奈锢磉^程。

22、（2）低氧彌散燃燒是和常氧（火焰）集中式傳統(tǒng)燃燒相比較而言的。爐內(nèi)發(fā)生低氧彌散燃燒時(shí)，反應(yīng)速率降低，實(shí)現(xiàn)了延時(shí)、大空間范圍內(nèi)燃燒。反應(yīng)區(qū)體積很大，反應(yīng)物濃度梯度很小，燃燒前后氣流溫度升高不明顯，爐溫不高。（3）這種燃燒是完全燃燒，總氧量超過完全燃燒所需的理論氧氣量。2.2 低氧彌散燃燒熱力學(xué)特征（1）穩(wěn)定燃燒機(jī)理 空氣含氧濃度越低，穩(wěn)定燃燒所需空氣預(yù)熱溫度越高。穩(wěn)定燃燒時(shí)空氣含量濃度和預(yù)熱溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系：21% O2 6%時(shí)，丙烷穩(wěn)定燃燒曲線O2 6%時(shí)，穩(wěn)定燃燒時(shí)所需的空氣最低預(yù)熱溫度為1000。 燃燒溫度與燃?xì)狻⒀趸瘎┖拖♂寗┑捏w積百分?jǐn)?shù)，燃?xì)夂拖♂寗傩裕瑝毫?，燃?xì)庠诜磻?yīng)區(qū)內(nèi)停留時(shí)間等因

23、素有關(guān)。（2）燃燒溫度不同空氣預(yù)熱溫度條件下丙烷理論燃燒溫度與含氧濃度的關(guān)系（1）盡管空氣流量和預(yù)熱溫度增加使得其顯熱增加，但煙氣流量也增加，且始終大于空氣流量增加。在絕熱條件下，煙氣溫度也高于空氣溫度。所以由煙氣帶走的顯熱超過空氣帶進(jìn)的顯熱，低氧燃燒的理論燃燒溫度低于傳統(tǒng)燃燒的理論燃燒溫度。（2）空氣預(yù)熱溫度不變時(shí)，燃燒溫度隨著含氧濃度的增加而線性增加；空氣含氧濃度不變時(shí)，燃燒溫度隨預(yù)熱溫度的增加也是線性增加的。（3）為達(dá)到相同的燃燒溫度，在含氧濃度較低時(shí)，應(yīng)提高空氣溫度。（4）含氧濃度越低，燃燒溫度與空氣預(yù)熱溫度差越小。（5）MILD燃燒技術(shù)基于“因助燃空氣中稀釋劑增加而導(dǎo)致燃燒溫度降低的

24、熱力學(xué)特征”2.3 低氧彌散燃燒動(dòng)力學(xué)特性（1）Arrihenius 燃燒反應(yīng)速率 燃燒火焰受燃燒熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素影響。就動(dòng)力學(xué)影響因素而言，在以化學(xué)當(dāng)量比混合的燃?xì)夂脱鯕夥肿涌偭坎蛔儠r(shí)，由反應(yīng)物濃度和燃燒溫度決定的反應(yīng)速率大小和火焰體積直接相關(guān)。反應(yīng)速率越小，反應(yīng)物消耗速率越慢，氧氣和可燃?xì)怏w分子才有可能擴(kuò)散到越寬的區(qū)域，從而導(dǎo)致火焰體積越大。 Arrihenius：只有那些碰撞能量足以破壞現(xiàn)存化學(xué)鍵并建立新化學(xué)鍵的碰撞才是有效的。反應(yīng)物分子碰撞引起化學(xué)反應(yīng)所需的這種最小相對(duì)平移動(dòng)能叫做活化能（E）。有效碰撞總次數(shù)與反應(yīng)物濃度和燃燒溫度有關(guān)。溫度越高有效碰撞次數(shù)越大，反應(yīng)物濃度降低，總碰撞

25、次數(shù)正比例減小，最終有效總碰撞次數(shù)取決于反應(yīng)物濃度和溫度綜合效果。反應(yīng)速率與有效總碰撞次數(shù)成正比。（2）燃燒分區(qū)慢速反應(yīng)與快速反應(yīng)的分界值：O2=15%、空氣預(yù)熱800小于此速度為慢反應(yīng)（彌散燃燒）；快速反應(yīng)（對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)燃燒）以含氧21%和空氣預(yù)熱560條件下的反應(yīng)速率為參照值。由燃燒反應(yīng)平衡決定O2,min=3%，對(duì)應(yīng)預(yù)熱溫度1527。1）隨燃燒溫度和空氣含氧濃度的降低，火焰體積逐步增大，從反應(yīng)速率無限大的點(diǎn)燃燒變化到速率緩慢的大體積燃燒。AB線以下的工況火焰體積增大，ED線以下的工況火焰體積明顯增大。2)彌散燃燒區(qū)域形狀和大小與化學(xué)反應(yīng)式有關(guān)。燃料種類和稀釋劑不同，反應(yīng)物濃度變化和活化能不

26、同，但定性規(guī)律不會(huì)改變。3）位于緩慢反應(yīng)區(qū)CDEE時(shí)，由于含氧濃度低，反應(yīng)速率對(duì)燃燒溫度變化不敏感。在含氧濃度降低到一臨界值后，無論燃燒溫度多高，反應(yīng)速率都不會(huì)出現(xiàn)明顯變化。此臨界含氧濃度就是E點(diǎn)的含氧濃度。4）若蓄熱傳熱技術(shù)能生成比1527還高的助燃空氣，B點(diǎn)向左延伸，則可組織超高溫彌散燃燒。劃定關(guān)鍵性A點(diǎn)有待于實(shí)驗(yàn)確定。 彌散度：相等氧消耗條件下反應(yīng)區(qū)體積相對(duì)于傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)區(qū)體積增大的倍數(shù)，即：式中：V火焰體積，下標(biāo)DC表示彌散燃燒，tra表示傳統(tǒng)燃燒。 等O2O2消耗相等。 Dfl直接反映彌散性能，與空氣預(yù)熱溫度無直接關(guān)系。彌散度反映火焰熱流強(qiáng)度的相對(duì)變化，是影響火焰平均溫度的主要因素。

27、在現(xiàn)場(chǎng)操作中，實(shí)時(shí)檢測(cè)可燃?xì)怏w和氧氣濃度空間分布，則可準(zhǔn)確地確定火焰形狀和體積。 為工程應(yīng)用的需要，可將反應(yīng)區(qū)體積Vfl與爐膛總?cè)莘eV之比（Dn=Vfl/V）或?qū)⒎磻?yīng)區(qū)表面積Afl與爐膛內(nèi)壁面積A之比（Dfl=Afl/A）定義為彌散度。此時(shí)，彌散度受爐膛結(jié)構(gòu)和大小的影響，間接反映彌散性能。2.4 彌散性能特征指標(biāo)2.5 爐溫不均勻度 燃燒溫度場(chǎng)均勻是低氧彌散燃燒一大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這里用爐溫不均勻度來衡量燃燒溫度場(chǎng)均勻程度。式中： 爐溫不均勻度，受空氣預(yù)熱溫度、火焰體積和爐壁散熱等因素影響，間接反映彌散性能的優(yōu)劣。R定義考慮了網(wǎng)格不均勻分布對(duì)計(jì)算的影響，是不同位置爐溫與平均爐溫之差的相對(duì)大小的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。 R越大，爐內(nèi)溫度場(chǎng)越不均勻。2.5 強(qiáng)化彌散性能的措施 控制燃燒溫度、進(jìn)行空氣高速噴射、燃料或氧化劑氣流分散注入、直接低氧或煙氣滯留稀釋，是強(qiáng)化燃燒