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陶瓷窑炉中气体燃料富氧燃烧及其窑炉热工特性的研究

高强  
【摘要】:富氧燃烧技术是一种新型节能燃烧技术,具有提高火焰温度,增强辐射传热能力,减少废气排放,提高热效率,延长窑炉寿命,节能环保等优点。在陶瓷窑炉上使用富氧燃烧技术,既满足了陶瓷产品的烧成的工艺要求,提高产量和产品品质,又减少废烟气排放量,节能与减排效果显著,可以较好地解决我国陶瓷行业存在的能耗高、环境污染严重等问题。 目前国内对富氧燃烧技术在窑炉热工特性的研究主要是采用数值模拟的方法进行,并且对气体燃料富氧燃烧时燃烧特性的研究还有待于进一步。本课题以富氧燃烧试验台作为研究对象,采用液化气为燃料,通过制备氧浓度在21%~30%的富氧空气进行燃烧试验。通过研究氧气浓度的变化对火焰特性、窑炉的热工特性及节能效果的影响,分析富氧技术的实际使用特性,探讨提高热效率、降低能量损失的有效途径,为窑炉的设计、喷枪的排布及富氧燃烧技术在陶瓷窑炉中的实际利用提供依据。 通过试验研究,得出以下主要结论: 在富氧燃烧过程中,燃烧反应速率增大,火焰的传播速度增加、燃烧路径变短,导致火焰变短,燃烧区域收缩变小;随着氧浓度的增加,火焰温度波动减弱、火焰轴线温度随距离喷枪口距离的增加而递减,当氧浓度在27%~30%之间时,火焰高温区主要集中在距离喷枪口0.5cm~3cm的区域,火焰温度变化区域减小,火焰高温区域逐渐收缩至喷枪口附近。 窑炉内的温度场1200℃以上的高温区域收缩至喷枪口附近,窑炉内1200℃~500℃中高温范围扩大,500℃低温区域消失;提高助燃风温度火焰传播速度增加,火焰燃烧区域更加集中,温度场的中高温区域收缩,且温度越高收缩越快。因此,富氧燃烧技术在陶瓷窑炉上应用时,应注意减弱火焰变短对窑内温度的影响。 采用富氧燃烧技术,CO的生成量明显降低,提高了烟气的辐射率,窑内综合换热系数增大,传热能力增强,氧浓度在24%~30%的范围内综合换热系数提高较大,但是其传热能力随氧浓度变化不大。 热力型NOx浓度总体上是随着氧浓度的增加而增大的,在21%~27%的低氧浓度增长速度较慢,高氧浓度增长迅速;烟气排放热损失减小,在热量收入不变的前提下,窑炉的有效利用热量增加,热利用率提高,燃料消耗量下降,节能效果显著。


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