WQS型蓄热式烧嘴介绍

李艳

WQS型蓄热式烧嘴介绍

一、工作原理
  WQS-Q/Y型蓄热式烧嘴又称单预热陶瓷球蓄热式燃气/油烧嘴。这种烧嘴采用陶瓷球作为蓄热体，空气与油雾气流斜交混合。其工作原理如图所示：

从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器B后，在经过蓄热式烧嘴B陶瓷球时被加热，在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般比炉温低50-100℃），被加热的高温热空气进入炉膛后，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，同时往稀薄高温空气附近注入燃气/油，燃气/油在贫氧（2-20％）状态下实现燃烧;与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式烧嘴A排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴A时，将显热储存在蓄热式烧嘴内，然后以低于150℃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，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低Nox排放量等目的，常用的切换周期为30-200秒。如此周而复始变换，通过蓄热体这一媒介，排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热，被充分回收利用。  

二、采用高温空气燃烧技术的低NOX蓄热烧嘴具有的特点  
①节约能源  
  蓄热烧嘴能大大提高节能效率。使用传统烧嘴，最多只能将空气、煤气预热到500～600℃，排烟温度350～400℃。蓄热式烧嘴可将空煤气预热到1100～1000℃，同时排烟温度可降至0～150℃大大提高了燃料使用效率。热回收率达90%以上，可节约燃料近55%，比一般回收装置高20%～30%。  
②提高炉温均匀性  
  低NOX蓄热烧嘴的火焰和传统烧嘴相比温度均匀，梯度很小，无明显的高温区，而且低NOX蓄热烧嘴工作时，通常有切换过程，烧嘴交替地处于燃烧期和蓄热期，火焰的位置不是固定不变，炉气流动和扰动作用使炉温分布更均匀，另外，由于空气和燃气预热到1000℃以上，大大提高了气体的高温动力性能，使空气扩散，混合过程更加剧烈，使火焰外围形成炉气循环区，也促进了炉温的均匀性。炉温均匀性提高，能大大提高炉内被加热物料的温度均匀性。  
③提高传热效率  
  由于低NOX蓄热烧嘴是通过分散式热回收方式进行的，每一个温度控制段中大量烟气排出是通过本段的低NOX蓄热烧嘴进行的。因此，各段能独立进行温度控制，各段温度可随意设定，炉子温度控制段可以设计放置离装料端很近的区域，这样实际上预热段长度大大缩短，炉子高温段大大延长。如果坯料温度升温速度不受限制，坯料一旦进入炉子，在温度1250℃左右温度加热，炉子对坯料的热流大大增加，炉子传热效率就大大提高，炉内传热效率提高有两个结果：
a、在炉子长度不变的情况下，能缩短料坯在炉加热时间，提高炉子产量。
b、在炉时间不变的情况下，随着炉内传热效率的提高，能缩短炉子长度，使炉子投资减少。  
④降低NOX浓度  
  当空气预热到1000℃以上高温时，如果不采取措施，让燃料和空气直接混合，那么NOX生成量将大大增加，超过环保对氮氧化物的排放标准。低NOX蓄热烧嘴将采取下面方法降低NOX生成量，通常的燃烧过程是在氧浓度21%左右的情况下进行，为了降低蓄热烧嘴生成NOX浓度，一个有效的办法是使蓄热烧嘴的燃烧过程在氧浓度较低的情况下进行。在组织蓄热烧嘴的火焰时，将大量燃料喷向烧嘴根部的回流区，利用高温高速引射时引起烟气的扰动，稀释空气中氧浓度，使回流区中氧浓度一般在2～5%左右，这样NOX浓度将大大降低。同时为了提高火焰的刚性，先通入部分燃料在高温空气内部（富氧区）这就是通常人们所讲的二步燃烧法。低NOX蓄热烧嘴火焰在氧浓度为2～5%气氛中燃烧时，火焰稳定性仍然很好，这是由于随着预热空气温度的提高，火焰的特性稳定火焰的氧浓度区间扩大，实际上NOX生成量达到45ppm左右，这是传统烧嘴难以达到的，在使用蓄热烧嘴过程中，影响NOX生成因素有：
a、预热高温空气的射流速度：高温空气的射流速越大，能引起回流到蓄热烧嘴根部的烟气量增大，回流区就是使燃料氧浓度降低，NOX生成量降低，当速度超过100m/s 时，NOX就降低到40ppm左右。
b、一、二次燃料的比例： 低NOX蓄热烧嘴为了降低NOX生成量，大部分燃料从高温空气外围附近供入这部分燃料称为二次燃料。还有部分燃料从高温空气内部供入，这部分燃料称为一次燃料，一次燃料比例越大NOX生成量越多。一次燃料/二次燃料≤0.25，NOX控制在80ppm以下。
c、燃烧负荷： 对某一低NOX蓄热烧嘴来说随着燃烧负荷的提高，NOX生成量增大，煤气量在1400～2000m3/h，NOX从50ppm升至60ppm左右变化。  
⑤由于控制的灵活性，可以实现弹性分区（特别是当钢坯热装时）及脉冲控制，由于蓄热烧嘴是成对或成组布置和控制，可以根据炉子工艺要求设计控制方式，因此炉子的热工控制具有非常大的灵活性，可以改变控制烧嘴的数量实现炉温控制的弹性分区。还可以关闭一些烧嘴或按照程序要求对烧嘴进行脉冲控制。   

三、 结构   
  蓄热式燃烧器有壳体、烧嘴砖、装球口，格栅、保温层、陶瓷球、卸球口、纤维板、纤维棉、连接件、观火孔、点火部分及油枪等部分组成，其内腔装填蓄热陶瓷球。

四、技术特点   
1、 其结构型式类似普通烧嘴，能直接安装在炉子侧墙上，因此新建炉子炉墙厚度与普通加热炉一样，更便于旧炉改造。  
2、 空、燃气在炉外分开交错布置，使空、燃气通道在不同立柱之间截然分开，完全避免了空、燃气互窜的危险。  
3、 采用陶瓷球作为蓄热体。它具有比表面积大、耐高温、耐急冷急热性好、导热性能好、更换容易等优点。  
4、 空、燃气在烧嘴入口管道上安装调节阀，使烧嘴的供热负荷可调。
5、 燃烧器的结构紧凑、密闭性好，安装、维护方便。


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