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行业新闻

一种新型的节能燃烧装置自身预热烧嘴

一种新型的节能燃烧装置自身预热烧嘴

一、概况

    自身预热烧嘴又叫换热式烧嘴,是近几年来引起各国十分重视的一种新型节能燃烧装置.它不仅能供给炉窑所需的热量,而且又是能利用炉窑排出的烟气余热来预热助燃空气(或煤气)的换热装置。这种烧嘴的特点是把燃烧器、换热器和排烟装置有机地组合成一个整体。因此,它具有结构紧凑、换热效率高、操作方便和节能显著等优点,可以燃烧煤气,柴油、重油,当更换烧嘴喷枪时,还可实现油、气共烧。

    对于火焰炉来说,燃料所提供的大部分热量被烟气带走,表l是美国锻造工业学会对一台缝式锻造加热炉进行热平衡对比时的理论分析数据。

    由表1可知,在不同条件下,烟气带走的热量是相当惊人的。在不回收烟气余热的情况下,炉子有效热(钢吸热)只占Io%左右,而将空气预热到427℃时,炉子有效热却达19.5%。由此可见,回收烟气的余热以预热助燃空气,是提高各种炉窑热效率的最有效的方法。

    1979年我院与天津第一钢丝绳厂合作,设计研制出了我国第一台自身预热烧嘴,安装在该厂6 4、7r’热处理炉上,投产盾的实际情况证明:自身预热烧嘴有较好的适应性,热工性能突出,燃烧稳定可靠。在炉子端部安装一个自身预热烧嘴,代替了原来两侧的12个烧嘴,不仅保证了加热质量,消除了烟害,更重要的是使燃料节约率达到了35~40%。

  一、烧嘴结构烧嘴结构如图l所示,其工作过程是依靠引射

表l  不同条件下缝式炉的热平衡数据

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┃                    ┃    热负荷          ┃    烟气热损失            ┃    炉墙热损失            ┃    钢吸热              ┃  燃料节约  ┃

┃    条    件        ┃                    ┃                          ┃                          ┃                        ┃            ┃

┃                    ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━┫

┃                    ┃  10吁卡/时        ┃  10 6千卡/时  ┃  %     ┃  10“千卡/时  ┃  %     ┃  10吁卡/时  ┃  %     ┃    %       ┃

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┃    原始情况        ┃           1. 890   ┃1. 512          ┃    80  ┃0 . 19 4        ┃    10  ┃0.184         ┃    9   ┃            ┃

┃    燃料完全燃烧时  ┃             1. 512 ┃1. 13 4         ┃    75  ┃0.194           ┃    13  ┃ 0 . 18 4     ┃  12    ┃    18.5    ┃

┃    空气预热427℃   ┃  : 0.946           ┃0. 567          ┃    60  ┃0.194           ┃    20  ┃ 0 . 18 4     ┃  19.5  ┃    50      ┃

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32器产生的抽力,将炉内参加热交换后的烟气通过烧嘴砖进入水平换热器,再经过,霹直换热器由引射器排出;而冷二主气首先进入垂直换热器的环缝.然后再进入水平换热器的环缝,,在商速流动过程中,与高温炳气进行热交换:被预热的空气在烧嘴的出口处直接与燃料混台,燃烧辱的高温气体以80米,秒以上的速度喷入炉膛,在高速喷射和引射的作用下,炉温均匀.并提高了炉子的传热效璋b烧嘴主要由四部分组成。

    1.引射器

    引射器相当丁炉击早的烟幽,由引射风管和排烟管组成,其作用是抽出炉内的烟气,并通过侧节引咐介质的流镑米控制炉幢的压力引 Bt介质面J‘以F输送助燃二芒!耐j同一风仉供给、

    2.换热嚣

    换热器是由币:直搀热器与水平换热器组成、助燃毫’L西‘定以啊线扪川进入乖直换热器,初步预热后,再进入水平环缝换热器进一步被预热。值得注意的是水平环缝预热器的结构是采片j内外两层空气环缝将烟气通道包f1=的形式。这种多层同心管组成的换热搭在一定的有效空问内增加j’热交换面积,提if:r换热效二替.j玉造自身m热烧嘴结构上的独特之处。

    3.啼枪I喷嘴)

    根据燃料种类的不同,可以采用气体燃料喷枪、燃油喷枪、油气两用喷枪。喷枪的结构叮以选用曰前通用的几种类型,不必做大的改动.

    .。晓嘴砖

    自身预热饶嘴的烧嘴砖有两个作用:一是起着普通炉子排烟口的作用:l/;一个是起着组织火焰和稳定燃,j、釉j作用

    三、几个关键技术问题的解决

    1980年该烧嘴的研制工作转入中间试验阶段后,重点解决的几个问题是:进一步改进和完善烧嘴结构以提高烧嘴的使用寿命,降低烧嘴造价,以及对节能机理和换热效率的研究等。为了观察和测定流体存烧嘴备环缝内的流动特性,我们做了水力模型和风力模型试验。为了摸清烟气温度、空气预热温懂和金属壁温之间的关系,找出影响换热效率的主要因素,又做了热态试验,为烧嘴的结构定型提供了依据。

原烧嘴的头部伸向炉墙内部,因此烧嘴的水平换热器也接近炉内墙,这样虽然有利于空气预热温度的提高,但在炉膛的高温辐射下,使烧嘴和水平换热器的头部很快被烧坏。为了提高烧嘴的使用寿命,我们将水平换热器全部移到炉体以外(见图1),实践证明烧嘴砖的使用寿命可延长一年左右,而水平换热器部分则能使用更长的时间。

    2。重油自身预热烧嘴的研究

    对于燃气和燃轻柴油的自身预热烧嘴,国内外已有成功的报导,但是燃重油和渣油的自身预热烧嘴尚未看到有成功的先例,英国也只承认重油自身预热烧嘴还处在试验研究之中。

    由于我国供机械行业使用的液体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,很不容易雾化。另外,由于自身预热烧嘴本身可把空气预热到400℃以上,这样在油雾与预热空气混合时,容易剧烈受热而达到高温,对于来不及蒸发气化的油粒会产生裂化现象,裂化的结果,较轻的分子呈气态燃烧,较重的分子呈固态而不能完全燃烧,致使喷嘴头部或烧嘴砖内出现结渣现象,严重时可以将烧嘴砖喇叭口堵死,导致烧嘴砖崩坏,见图3a、bo试验中一方面将烧嘴本体移到炉墙外侧,另一方面在预热空气的出口处加了适当数量的旋流片,便空气以旋转的方式与油雾强烈混合,还确定了最适宜的烧嘴砖喇叭口张角(30—32。,见图3 c)。经过这样改进后,重油自身预热‘烧嘴分别在天津拖拉机厂和东北齿轮厂的锻造加热炉上投产使用四个月以来未见损坏,而且各项技术性能均达到了设计指标。

    3.关于烧嘴造价和寿命的研究

    烧嘴的造价直接关系到它的生命力,这对小型炉子尤为重要。应根据烧嘴换热器各处实际壁温来选择不同的材质。这样对供热能力为40×10千卡/时的烧嘴来说,每个烧嘴的耐热钢由原来的75公斤下降到24公斤,因而使每个烧嘣的造价由原来的6500元下降到2500元。成批生产后,价格还会有所下降,烧嘴费用的回收期一般只要几个月到一年。

表2烧嘴的空气预热温度及排烟温度

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┃炉温    ┃烟气进口  ┃空气昂终  ┃  烧嘴排烟  ┃空气回收热量  ┃

┃        ┃  温度    ┃预热温度  ┃    温度    ┃占供热量的百  ┃

┃  ℃    ┃          ┃    口r   ┃    ℃      ┃    分数      ┃

┃        ┃    ℃    ┃          ┃            ┃              ┃

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┃  1100  ┃    1000  ┃    410   ┃    629     ┃    14.3      ┃

┃  1300  ┃    1200  ┃    542   ┃    722     ┃    19。34    ┃

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表3  几个试验厂使用自身预热烧嘴后,燃料节约测定结果

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┃                                            ┃    天津        ┃    天津      ┃    东北      ┃    天津      ┃    天津      ┃

┃    试验厂名  称                            ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃

┃                                            ┃  第一钢丝绳厂  ┃  拖拉机厂    ┃  齿轮厂      ┃  第三轧钢厂  ┃  第五机床厂  ┃

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┃    炉型                                    ┃连续热处理炉    ┃  室式锻造炉  ┃  室式锻造炉  ┃  连续加热炉  ┃  室式锻造炉  ┃

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┃    燃料种类                                ┃    天然气      ┃    重油      ┃    重油      ┃    重油      ┃    天然气    ┃

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┃    炉温【℃)                              ┃    1100        ┃    1300      ┃    1350      ┃    1350      ┃    1350      ┃

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┃膘    ┃燃耗t公斤/时,标米j/时)          ┃    b2~72      ┃    49        ┃    1 47      ┃    145U      ┃    40        ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃落    ┃  产量(公斤/时)                  ┃    1200        ┃    75        ┃    1000      ┃    25000     ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃况    ┃  单位热耗(千卡/7公斤)  ‘       ┃    517         ┃    650U      ┃    1470      ┃    580       ┃              ┃

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┃      ┃燃耗(公斤/时,标米3/时)         ┃37.2~45.6      ┃    24        ┃    103       ┃    t250      ┃    26        ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃采    ┃  产量(公斤/时)                  ┃    1200        ┃    r5        ┃    1000      ┃    25000     ┃              ┃

┃用    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃自    ┃  单位热耗(千卡/公斤)            ┃    310         ┃    3200      ┃    1030      ┃    500       ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃身    ┃  燃料节约率(%)                     ┃    40          ┃    50        ┃    30        ┃    13。9     ┃    35        ┃

┃预    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃热    ┃  燃料节约量(公斤/时,标米J/时) ┃  21.8~26.4    ┃    25        ┃    33        ┃    200       ┃    14        ┃

┃烧    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃嘴    ┃  月燃料节约量(吨·标米,)        ┃    14880       ┃    6         ┃    7.92      ┃    120       ┃    2856      ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃后‘  ┃  月燃料节约费(元)                ┃    2908        ┃    1200      ┃    1584      ┃    24000     ┃    520       ┃

┃情    ┃                                    ┃                ┃              ┃              ┃              ┃              ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃况    ┃  烧嘴价格(元)                    ┃    3UOO        ┃    2000      ┃    5000      ┃    35000     ┃    3000      ┃

┃      ┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━┫

┃      ┃  烧嘴费用回收期(月)              ┃    2           ┃    2         ┃    3.5       ┃    2         ┃    6.5       ┃

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注:  1.天然气、重油低发热量均取10000千卡/公斤(标米3)

    2.重油按200元/吨、天然气按U.182元/标米3计算。

34表4自身预热烧嘴在国内外使用情况比较

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┃    项  目              ┃    国    内                                ┃    国    外                                      ┃

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┃空气预热温度(℃)        ┃300~500'c (炉温900~1350'C)                  ┃300~600'C (炉温900~1400'C)                      ┃

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┃使用范围                ┃    加热炉、锻造炉,热处理炉、熔化炉        ┃  加热炉,锻造炉,热处理炉、熔化炉、坩锅炉i均热炉 ┃

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┃  使用燃料              ┃  天然气、城市煤气、发生炉煤气、重油.渣油  ┃    天然气,城市煤气,轻油                        ┃

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┃烧嘴材质                ┃    一般耐热钢(部分)lCr18Ni9T1            ┃    高级耐热钢(全部)C r23N160A135               ┃

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┃烧嘴寿命(年)          ┃    已使用3年,尚在继续使用                 ┃    3~5                                          ┃

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┃调节方式                ┃    手动                                    ┃    自控                                          ┃

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┃点火装置                ┃    人工                                    ┃    电火花                                        ┃

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┃使用的温度范围(℃)      ┃    700—1400                               ┃    600—140C                                     ┃

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┃火焰喷出速度(米/秒)  ┃    30 -80                                  ┃    30—80                                        ┃

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┃燃烧能力(千卡/时J     ┃10 X 10 4~150 x 10 4                        ┃12xl04~60xl04                                    ┃

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┃风机压力(毫米水柱)    ┃    ,、700                                 ┃    )-800                                         ┃

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    烧嘴寿命与空气预热温度的高低有关。空气预热温度高,从热的回收效率来看当然是好的,但对材质的要求就高了,换热器面积也将增大,结果使烧嘴结构庞大,造价提高,势必影响烧嘴的推广使故不宜追求过高的预热温度,我们认为将空气或煤气预热到350~450℃就可以了。

    四、节能效果

    表2为供热能力40×l04千卡/时的天然气臼身预热烧嘴在热态试验炉上的测定结果。

    烧嘴在不同炉型上的燃料节约量是不同的。表3是几个重点试验厂的测定结果。

    从表3可以看出,自身预热烧嘴燃料节约率是显著的。一般室式锻造加热炉可节约燃料30—4026;连续加热炉10%左右;热处理炉30%左右;熔化炉25—35%。

  通过五个试验厂统计,六台试验炉共用12个烧嘴,三年共节约6721吨标准煤。

    五、国内外使用情况比较

    从表4可以看出,我国自身预热烧嘴的主要指标已基本达到国外水平。目前我们已经研制成功烧重‘(渣)油的自身预热烧嘴,并使烧嘴燃烧能力扩大到150×l0 4千卡/时,而国外尚在研制中,我们还降低了耐热钢材质,减少了耐热钢用量。在试验方法上,我们进行了自身预热烧嘴的冷、热态试验,而国外尚无这方面的资料。但我们的烧嘴与国外比,还有一定的差距,如在调节方面,我们用手动,国外全自动;在使用范围上,国外已用在均热炉和连续加热炉上,而我们在均热炉上尚未试验。今后我们要在现有条件下,实现必要的联动,并扩大使用范围。

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点击次数:  更新时间:2018-07-23 20:45:57  【打印此页】  【关闭