燃燒系統(tǒng)中陶瓷球蓄熱式燃燒器及其應(yīng)用
1.蓄熱燃燒器設(shè)計原理
蓄熱式燃燒器的設(shè)計遵循了高溫低氧空氣燃燒的基本技術(shù)原理，即高效回收煙氣余熱，大幅減少污染物特別是NOX的排放。蓄熱式燃燒器采用燃?xì)夂涂諝怆p預(yù)熱的設(shè)計方式。空氣和燃?xì)饨?jīng)蓄熱體與其進(jìn)行熱交換后將其預(yù)熱到較高的溫度（900℃以上）并使其在燒嘴橫斷面上對角線位置噴向燃燒裝置內(nèi)，而燃燒產(chǎn)物煙氣也在燒嘴橫斷面上另一對角線位置由引風(fēng)機(jī)經(jīng)蓄熱體進(jìn)行熱交換后抽出，其排放溫度在150℃左右，這樣的設(shè)計使燃燒區(qū)有大量的高溫?zé)煔鈸交欤@樣既可使燃燒區(qū)的氧濃度大幅降低，又不會造成燃燒溫度的降低，從而提高燃料燃燒熱效率。
2.燃燒器組成
蓄熱式燃燒器有殼體、燒嘴磚、裝球口，格柵、保溫層、陶瓷球、卸球口、纖維板、纖維棉、連接件、觀火孔、點火長明燈及燃?xì)饨涌诘炔糠纸M成，其內(nèi)腔裝填蓄熱陶瓷球。
3.燃燒器工作原理
陶瓷球型蓄熱式燃燒器又稱單預(yù)熱陶瓷球蓄熱式燃?xì)鉄臁Ｊ怯锰沾勺餍顭狍w和燒嘴的燃燒裝置，這種燒嘴采用陶瓷小球作為蓄熱體，空氣與燃?xì)猓ㄓ挽F）氣流斜交混合。工作時兩燒嘴是交替進(jìn)行燃燒的。當(dāng)燒嘴B燃燒時，從鼓風(fēng)機(jī)出來的常溫空氣由換向閥切換進(jìn)入蓄熱式燃燒器B后，在經(jīng)過蓄熱式燒嘴B陶瓷球時被加熱，在極短的時間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度（一般比爐溫低50-100℃），被加熱的高溫?zé)峥諝膺M(jìn)入爐膛后，卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形成一股含氧量大大低于21％的稀薄貧氧高溫氣流，同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料（燃油或燃?xì)猓剂显谪氀酰?-20％）狀態(tài)下實現(xiàn)燃燒;與此同時，爐膛內(nèi)燃燒后的熱煙氣在排煙風(fēng)機(jī)的強(qiáng)力作用下經(jīng)過另一個蓄熱式燒嘴A排入大氣，爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔馔ㄟ^蓄熱式燒嘴A時，將顯熱儲存在蓄熱式燒嘴內(nèi)，煙氣粉塵被燒嘴A中陶瓷球擋住，大部分煙氣余熱被陶瓷球吸收攔截，高溫?zé)煔饨?jīng)燒嘴A之后變成低于150℃的低溫?zé)煔饨?jīng)過換向閥排出。當(dāng)燒嘴A燃燒時，空氣穿過A燒嘴蓄熱床被預(yù)熱后(一般比爐溫低50-100℃)再進(jìn)入爐膛燃燒，同時B燒嘴重復(fù)進(jìn)行A燒嘴剛才的排煙蓄熱操作。由于排煙溫度的降低，煙道、煙囪內(nèi)襯也可不使用耐高溫材料砌筑，這樣可大大節(jié)省投資。也可使換向閥、風(fēng)機(jī)始終處在低溫條件下，因而風(fēng)機(jī)可選用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，在電氣程序的自動控制下以一定的頻率進(jìn)行切換，使兩個蓄熱式燃燒器始終處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)煙氣余熱的最大回收利用達(dá)到節(jié)能和降低NOx排放量等目的，常用的切換周期為30-200秒。如此周而復(fù)始變換，通過蓄熱體這一媒介，排出的煙氣余熱絕大部分轉(zhuǎn)換成燃燒介質(zhì)的物理熱，被充分回收利用。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)參數(shù)、特點
空氣與燃?xì)獾幕旌蠚怏w在經(jīng)過蓄熱器時伴隨有輻射傳熱，也有對流傳熱和接觸傳熱，由于蓄熱燃燒要求空氣流速快，使蓄熱器中的氣流處于紊流狀態(tài)，因而蓄熱式換熱器內(nèi)的傳熱是一復(fù)雜傳熱過程。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，則會使阻力增加，增大動力消耗，嚴(yán)重影響熱能有效利用率。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括蓄熱體的填充高度和換熱面積等。
4.1蓄熱式換熱陶瓷球填充高度：
陶瓷球會增加空氣阻力及風(fēng)機(jī)動力消耗，整體效率明顯降低，因此在陶瓷球徑確定的前提下，球的填充高度對燃燒熱效率具有決定作用。經(jīng)過生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗得出：直徑15mm的陶瓷球，填充高度在0.6m以上，直徑25mm的陶瓷球填充高度應(yīng)在0.7m以上，直徑35mm的陶瓷球填充高度應(yīng)在0.8m以上。
4.2換熱器傳熱比表面積
陶瓷球球徑越小，單位面積填充球的換熱比表面積越大。在材質(zhì)相同情況下，隨著陶瓷球蓄熱體比表面積的增大，空氣預(yù)熱溫度升高，蓄熱式喚起的溫度和熱效率也隨之增大。但是比表面積越大，意味著球的直徑越小，隨之阻力損失也增大，若綜合考慮，換熱器的傳熱比表面積應(yīng)有一個最佳值。
4.3換向時間：
為了使燃料熱能充分利用，蓄熱式換熱器換向時間必須有一定的要求。時間的長短受蓄熱體形狀、大小和填充高度的制約。在一定條件下，換向時間越短，溫度效率越高；但換向越頻繁，動力消耗就越大。一般球狀蓄熱體換向時間一般在50-200s之間，另外換向閥的質(zhì)量也十分重要。
4.4陶瓷球蓄熱體特點
1)耐高溫：使用溫度不低于1250℃
2)耐化學(xué)腐蝕：特別是耐高溫?zé)煔庵械腟O2、CO2、NOX等的腐蝕和不與高溫粉塵固溶及抗高溫氧化；
3)具有較高的熱輻射、導(dǎo)熱、放熱和蓄熱率；
5)具有良好的抗熱震性能
6)更換清洗方便
7)價格適中，使用壽命長。
根據(jù)不用使用溫度，可選用粘土質(zhì)、剛玉質(zhì)、莫來石質(zhì)、鋯英石質(zhì)、鈦酸鋁質(zhì)和堇青石質(zhì)等材料作陶瓷球。從熱容、抗震性、耐化學(xué)腐蝕、輻射率和導(dǎo)熱率等方面考慮，普通莫來石質(zhì)陶瓷作蓄熱體是合適的，一般壽命在三個月以上，有的甚至可使用6到12個月，且價格也易被接受。
