工业炉窑之高风温低氧燃烧

高风温低氧燃烧是20世纪90年代发展起来的新型燃烧技术，实现了超低氮氧化物的生成和排放，突破了高温产生高NOx的禁区。它是通过蓄热式换热的方式将空气预热到较高的温度水平，然后与燃料分别供入燃烧空间。通过组织流场合燃料浓度场，使燃料在氧气浓度远远低于通常的21%环境中燃烧。氧气浓度甚至可以低于5%,从而可以将NOx的生成水平控制在30ppm左右。燃烧空间局部氧浓度低并不意味着总的供氧量低。由于总的空气过剩系数足够，因此，燃烧效率并不因局部低氧而降低。

这种燃烧方式的关键在于高温与低氧燃烧的相互关系。预混燃烧和扩散燃烧必须在—定浓度配比范围内才能进行的，否则就会发生熄火等燃烧不稳定问题。显然超低氧气浓度意味着过量空气系数远远偏离化学当量比，即a<<1,呈富燃料状态。在常规情况下，燃烧是不可能进行的。但是，由于空气经过高温预热，整个燃烧空间都处于很高的温度水平，不像常规燃烧时那样，只有在有火焰的燃烧区温度才很高，而其他地区的温度则相对低得多。这就是说，虽然在常温条件下，低氧浓度已经超出了可燃范围，使得在过去多少年来认为不可能的事情，在高温条件下得以实现。高温保证了燃烧的稳定性，但在通常的认识中，它又可能导致生成过高的NOx。然而由于氧气浓度大大降低，反过来又避免了这样的问题。

图3-7超低NO,烧嘴工作原理

图3-7是超低N0X烧嘴工作原理，为了控制NOx生成，燃烧器将燃料分成F1和F2两股，分别中心喷管和直接喷入炉内。少量的F1用于稳定点火，并部分消耗空气中的氧，实现贫氧燃烧的条件。燃料F2直接喷入高温回流区，在那里局部的过量空气系数a<<1的条件，局部燃烧温升不高，而降低了NOx的生成量。由于炉内整体温度水平高，加上总过量空气系数a>1，保证了燃料完全燃尽。

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