浙江龍酉源新能源科技有限公司研究出高導熱彌散式蓄熱燃燒技術亦稱為無焰燃燒技術(Flameless combustion-FLC)。其重點是擴展火焰邊界、讓燃料在高溫低氧濃度氣氛中緩慢燃燒。它包含兩項基本技術措施:第一項與預混式蓄熱燃燒技術一樣,是采用溫度效率高達 95%、熱回收率達 80%以上的蓄熱式換熱裝置,極大限度回收燃燒產物中的顯熱,用于預熱助燃空氣,獲得溫度為 800~1000℃,甚至更高的高溫助燃空氣;第二項是采取燃料單獨供應并分級燃燒,通過高速高溫氣流卷吸爐內燃燒產物,稀釋反應區的含氧體積濃度,獲得濃度為 3~15%(體積)的低氧氣氛。尤其是第二項措施使得燃料與空氣混合并燃燒的速度可以通過流場規劃控制形成低氧燃燒氣氛。在這種高溫低氧氣氛中,首先進行諸如裂解等重組過程,造成與傳統燃燒過程完全不同的熱力學條件,在與貧氧氣體作延緩狀燃燒下釋出熱能,不再存在傳統燃燒過程中出現的局部高溫高氧區。這種燃燒是一種動態反應,火焰邊沿被設計為擴大到整個爐膛范圍,不具有靜態火焰,因而又被稱為彌散式燃燒或無焰燃燒。它具有高效節能和超低 NOX 排放等多種優點。
(一)、龍酉源科技HTAC-RCB高導熱彌散蓄熱燃燒系統應用原理圖
(2):彌散蓄熱燃燒系統應用原理圖
如圖 2 所示,當常溫空氣經過蓄熱室(蓄熱室 A、B 內裝高鋁耐火球)A 時,蓄熱室 A 內的耐火球的熱量傳給了空氣,使空氣達到 1100℃以上的高溫,經過風口 A 返回給爐膛助燃;燃燒產物(煙氣)經過風口 B 進入蓄熱室 B 將熱量傳給蓄熱室 B 內的耐火球。換向后風口 B 返回熱空氣給爐膛助燃,風口 A 排煙氣給蓄熱室 A 的耐火球蓄熱。A、B 風口進入熱空氣、排出熱煙氣反復更換,耐火球放熱、蓄熱也伴隨變化,助燃風進入爐膛溫度始終保持在 1000-1100℃(比爐溫低 80~150℃)以上。按國內公認的加熱爐節能理論,助燃風每提高 100℃節能約 5%。在蓄熱系統按上述交替方法工作的同時,燃料燃燒系統按照未進行蓄熱式改造前的原有方式正常工作,向大氣的排煙溫度低于 150℃。
第一代彌散式蓄熱燃燒技術特點:
(1)爐壓穩定,煙氣無損失流經蓄熱體。
(2)蓄熱過程從點火就開始,最大可能的減少能源浪費。
(3)對蓄熱室內的清理更容易。
(4)在使用蓄熱小球的情況下,選擇最佳直徑的蓄熱小球,這樣使得換熱面積和熱吞吐量盡可能的最大化。
(5)控制系統更方便易于操作,實現一鍵控制。
(6)能耗更低給企業帶來最客觀的經濟效益。碳排放及氮氧化物排放減少,相對于常規的燃燒及換向蓄熱燃燒,為社會環境的改善也帶來巨大的貢獻。
(二)、第一代彌散式燃燒與預混式燃燒技術比較
(1)對于預混式蓄熱燃燒,由于燃料換向燃燒,火口和風口為同一個出口。為了穩定火焰,其風量風速等參數無法設計為最有利于傳熱的數值,因而造成影響爐膛內氣體流場的因素無法最優化,影響了節能效果。
(2)對于預混式蓄熱燃燒,由于燃料隨助燃風的換向而換向,一旦蓄熱系統出現故障,將直接影響燃料燃燒系統,致使燃料燃燒系統無法工作,從而直接影響生產。對于彌散式蓄熱燃燒,由于熱風供應系統與燃料供應系統分離,所以一旦蓄熱系統出現問題不會影響正常生產,只是此時蓄熱式節能系統不工作,不節能了。
(3)對于預混式蓄熱燃燒,由于要保證火焰換向過程中爐壓的穩定,必須要有平衡爐壓的副煙道。該煙道排出的熱煙氣無法被蓄熱系統回收,故節能效率大大下降。第一代彌散式蓄熱燃燒技術解決了很多預混式蓄熱燃燒技術的問題,其特點如下:
1、爐壓穩定,燒損在預混式蓄熱燃燒基礎上減少 3-5‰(按產量計);
2、剛投運時,在第一代基礎上節能 20%;
3、預混式熔化速度比第一代技術慢;
4、預混式火焰監測等安全防爆技術需要完善;
5、燃料只適合天然氣等氣體燃料;
6、單爐生產技術不成熟;
(三)、彌散式蓄熱燃燒技術的發展:HTAC-RCB第二代+(發明專利+獨有技術)
第一代彌散式蓄熱燃燒技術在帶來了節能效果、爐壓穩定的同時也產生了一些新的如生產速度、適用燃料種類等問題。為了解決第一代彌散式蓄熱燃燒技術的不足,使彌散燃燒技術能夠推廣到整個鋁熔鑄以及其他工業爐行業,龍酉源公司在長期進行蓄熱燃燒技術實驗和研究的基礎上逐步解決了第一代彌散式蓄熱燃燒技術的不足,發展成為第二代彌散式蓄熱燃燒技術,在第一代彌散式蓄熱燃燒技術基礎上增加了以下專利技術:
1、消除黑煙技術(實用新型)
2、復合換熱技術(發明專利)
3、低氧燃燒技術(發明專利)
4、自密封零泄漏高速換向技術(發明專利)
5、高速霧化燃料火焰穩定技術(適用于液體燃料)
6、火焰監測安全防爆技術(發明專利)
以上技術的使用,使得浙江龍酉源新能源科技有限公司第二代彌散式蓄熱燃燒技術成為同工況下最為節能的燃燒技術。具備以下特點:
1、新技術比第一代技術節能上再節能+3-5%,長期節能再節能+10%。
2、爐壓穩定,生產速度提升到可以比預混式蓄熱燃燒技術快。
3、零維護:故障概率為第一代彌散式蓄熱燃燒技術10%,具備故障自動恢復功能。
4、燃氣泄漏監測、火焰監測、空氣供應監測等安全防爆技術得到完善。
5、適合燃料:天然氣(標配),可選:煤氣、固體顆粒燃料、液體燃料。
6、每套系統每臺爐量身定做,具有唯一性。單爐、子母爐等各種生產工藝均有獨特設計。
7、可升級至第三代彌散式蓄熱燃燒技術(非標配,可選)。
公司目前應用的第二代彌散式蓄熱燃燒技術是在第一代彌散式燃燒技術基礎上,結合該技術在熔鋁爐實際應用中的操作經驗,通過公司技術團隊不懈努力開發出來的熔鋁爐專用的新型蓄熱燃燒技術,并已經成功地在廣東、重慶、湖北等地區的一些鋁廠實施。證明其節能效果和系統穩定性大大優于以前的預混式和第一代彌散式燃燒系
(四)、蓄熱燃燒技術效果對比如下表
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技術成熟時間
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性能和運行特點
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預混式
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2011年前
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1、在沒有節能措施的熔鋁爐基礎上可節能20%-30%。
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2、爐壓不穩,時刻存在爆燃危險。
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彌散式第一代
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2011-2014
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1、剛投運時,在第一代基礎上節能20%,但隨時間推移能耗上升10%。
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2、故障率高、維護保養消耗大。
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3、生產速度比第一代技術慢。
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4、燒損在第一代基礎上減少1-2‰。
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5、火焰監測等安全防爆技術不完善。
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6、燃料只適合天然氣。
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彌散式第二代
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2015
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1、新系統比第二代系統節能3-5%,長期節能15+20%。
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2、生產速度提升到可以比第一代系統快。
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3、零維護:故障概率為不高于第二代系統10%。
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4、火焰監測等安全防爆技術得到完善(非標配,可選)。
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5、適合燃料:天然氣(標配),可選:煤氣、固體顆粒燃料、液體燃料。
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6、可升級至第三代(非標配,可選) 降低燒損率達2-4‰(每噸鋁節省2-4公斤鋁,國內外獨有發明專利技術)
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彌散式延伸技術
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2016-2017
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1、強化傳熱技術、人工智能等智能化。
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2、環保功能:二噁英裂解、脫硫、脫銷、PM2.5等超清潔排放
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(五)、 改造前后火焰對比照片(實景)
改造前的預混式蓄熱燃燒火焰
第一代蓄熱燃燒火焰
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