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分析已有資料，不難看出，實(shí)現(xiàn)高爐煤氣在低溫爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，關(guān)鍵是兩點(diǎn)：一是加強(qiáng)燃燒器的預(yù)混性能，促進(jìn)高爐煤氣和助燃空氣的燃燒反應(yīng)過程。二是要對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行預(yù)熱，提供一定量的物理熱。只預(yù)熱高爐煤氣，需要加熱到600℃，如果將高爐煤氣和助燃空氣同時(shí)預(yù)熱，溫度可望降低，如果預(yù)熱不足，可以在高爐煤氣中加少許焦?fàn)t煤氣。
1）預(yù)混式燃燒器。燃燒作為一種化學(xué)反應(yīng)過程，實(shí)際上是高爐煤氣所含的一氧化碳分子和助燃空氣中的氧氣分子進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)阿累尼烏斯的碰撞反應(yīng)原理，要使高爐煤氣能夠穩(wěn)定燃燒，一個(gè)先決條件就是反應(yīng)物分子必須相互靠近并發(fā)生碰撞。高爐煤氣燃燒困難，主要是反應(yīng)物分子數(shù)量少，氧氣分子必須穿過惰性氣層，才能接近燃料分子并發(fā)生碰撞而反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)高爐煤氣的燃燒，除了反應(yīng)物分子應(yīng)具有足夠高的溫度和動(dòng)能，有利于分子的接近和碰撞外，燃燒器還應(yīng)具有良好的預(yù)混性能。經(jīng)過燃燒器的機(jī)械混合，具有較高溫度和能量的反應(yīng)物分子借助強(qiáng)對(duì)流作用而迅速接近進(jìn)行反應(yīng)。
根據(jù)我們多年從事燃燒技術(shù)研究的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了同軸交叉旋轉(zhuǎn)射流高效燃燒器[10]，如圖1所示。煤氣在芯管中流動(dòng)，助燃空氣由風(fēng)機(jī)輸送并流經(jīng)套管，管壁上開有若干小孔，空氣穿過小孔形成許多股小氣流射入煤氣流中，形成交叉流動(dòng)。同時(shí)，在燃燒器內(nèi)設(shè)置旋流片，使反應(yīng)物氣體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使反應(yīng)物分子能夠迅速進(jìn)行反應(yīng)。
2）燃?xì)忸A(yù)熱與熱管換熱器管式爐廢氣溫度高達(dá)350℃，可以用作加熱介質(zhì)。燃燒器實(shí)際上是一個(gè)反應(yīng)器，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，反應(yīng)物和燃燒產(chǎn)物質(zhì)量相等，反應(yīng)物和燃燒產(chǎn)物的比熱相差不大，因此，煙氣的溫降和燃?xì)猓簹?/span>+助燃?xì)猓┑臏厣笾孪嗟?，采用燃料氣和助燃?xì)怆p預(yù)熱更為合理。
用煙氣加熱高爐煤氣和助燃空氣，是典型的氣—?dú)鈸Q熱過程，熱管換熱器是適用于這一過程的高效換熱設(shè)備[8-9]。它是將換熱管內(nèi)充入某種工作介質(zhì)并抽成真空而制成“熱管”，再將這種熱管組裝成熱管換熱器。用普通列管換熱器加熱氣體時(shí)，通常是讓氣體流經(jīng)管外，并在管外纏繞螺旋翅片增大傳熱面積以強(qiáng)化傳熱，而對(duì)于氣—?dú)鈸Q熱場合，流經(jīng)管內(nèi)的氣體就不能像管外氣體那樣通過增加傳熱面來強(qiáng)化傳熱，所以普通列管式換熱器用于氣—?dú)鈸Q熱時(shí)，傳熱速率低，很不經(jīng)濟(jì)。熱管換熱器通過巧妙設(shè)計(jì)，使兩種氣體都流經(jīng)管外，能夠輕而易舉的增加傳熱面積和強(qiáng)化傳熱。管內(nèi)處于真空狀態(tài)的工作介質(zhì)從熱端吸收熱量并氣化為蒸汽，蒸汽流至冷端放出熱量并凝結(jié)為液體，液體借助重力流回?zé)岫嗽俅问軣釟饣?，周而?fù)始，實(shí)現(xiàn)從熱氣體中取熱并傳給冷氣體的操作。在氣—?dú)鈸Q熱場合，熱管換熱器的傳熱速率遠(yuǎn)高于普通列管換熱器。
雙預(yù)熱熱管換熱器區(qū)域劃分如圖2所示，換熱器熱端和冷端用隔板隔開，熱端為煙氣通道，冷端再用隔板分為煤氣通道和空氣通道，各部分傳熱面積由熱工計(jì)算確定。
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