烟气回收的国内外研究现状论文

一、我国生活垃圾处理技术的现状及发展趋势1、现状纵观国内生活垃圾处理技术的理论研究和工程实践,成熟且常用的生活垃圾处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧3种。回收利用技术目前仅在少数几个城市中进行试点工作,应用实例尚不多。填埋技术现状填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法,目前仍然是我国大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法,约占处理总量的95%左右。根据环保措施(主要有场底防渗、分层压实、每天覆盖、填埋导排气管、渗沥水处理、虫害防治等)是否齐全、环保标准能否满足来判断,我国的生活垃圾填埋场可分为3个等级:简易填埋场(非卫生填埋场)、受控填埋场(准卫生填埋场)、卫生填埋场。严格按标准建设和运营的卫生填埋场数量较少,部分城市特别是经济不发达地区还是简易填埋。堆肥技术现状我国具有传统堆肥技术的悠久历史,但堆肥处理率并不高。目前只有5%左右,在我国常用的生活垃圾堆肥技术可分为两类;简易高温堆肥技术、机械化高温堆肥技术。焚烧技术现状我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期。“八五”期间被列为国家科技攻关项目,目前仅有深圳、上海等少数城市采用了焚烧技术,尚处于起步阶段。2、技术发展趋势填埋技术展望填埋气体导排技术在生活垃圾填埋场得以普遍采用并不断完善,同时填埋气体回收利用技术在取得经验的基础上不断扩大试验范围;大中城市的生活垃圾填埋场基本上能做到每天覆盖。覆盖材料除粘土外,新型替代覆盖材料的研制工作也取得进展,并在部分缺少覆盖土源的生活垃圾填埋场试点应用。在引进、消化的基础上,开发出压实机等新一代的国产化填埋专用机具,用于生活垃圾填埋场并取得较好效果。填埋技术在我国生活垃圾处理领域的主导地位,在今后相当长的一段时间内不会改变,但生活垃圾填埋处理的比例将稳步下降,而填埋场中卫生填埋场的比例将明显上升。堆肥技术展望发达国家普遍采用的好氧堆肥技术,在部分示范工程中率先得到应用;在大城市中将逐步提倡经回收利用和堆肥、焚烧等方法处理后的生活垃圾残余物进填埋场作最终处理,生活垃圾堆肥厂的机械化水平和堆肥质量有明显提高;堆肥产品中的重金属含量和碎玻璃等杂质得到有效控制。国产化有机复合肥成套生产技术与设备进一步完善,生活垃圾堆肥厂生产有机复合肥和颗粒肥的比例将逐步提高。由于具有良好的减量化和资源化效果,生活垃圾堆肥技术将重新得到重视,生活垃圾堆肥处理的比例将逐步增加。但如何进一步开拓堆肥产品市场仍有许多工作要做。焚烧技术展望我国城市生活垃圾的低位热值稳步提高,低热值生活垃圾焚烧技术的工艺研究进一步完善;新一代国产化成套生活垃圾焚烧设备的开发取得成功,并在部分中小型城市形成一定的市场,单台处理能力200 t/d以下的生活垃圾焚烧设备将以国产化为主。生活垃圾焚烧厂的二次污染特别是尾气净化技术取得突破,同时人们对二恶英等污染物的关注程度愈加提高;生活垃圾焚烧余热综合利用技术得到提高,发电上网等将继续得到政策和税收方面的支持。生活垃圾焚烧技术将稳步发展,生活垃圾焚烧处理的比例将逐步上升,未来几年内在部分城市中将建成若干个和国外接轨的生活垃圾焚烧厂。但生活垃圾焚烧技术在我国全面推广的条件目前尚不具备。我国生活垃圾回收利用技术展望生活垃圾作为一种取之不尽的再生资源将逐步得到重视。分类收集、分类处理方式在我国大中型城市中逐步推行;对一次性物品的限制使用初见成效,同时产品包装行为进一步规范,过度包装现象逐步减少。有关生活垃圾减量化、资源化的地方性法规将陆续出台。生活垃圾回收利用工作将逐步纳入依法管理的轨道;生活垃圾回收利用技术将重新得到重视,生活垃圾回收利用的比例将逐步增加,并将带动废品回收业和相关产业的新一轮发展。二、国外生活垃圾处理技术的现状及发展趋势1、现状1996年以前,奥地利、比利时、加拿大、丹麦、芬兰、法国、德国、意大利、日本、卢森堡、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英国、美国和新加坡等一些国家的生活垃圾处理方法以填埋法为主。此后,随着经济的发展,越来越多的国家采用焚烧法。目前,日本、瑞士、比利时、丹麦、法国、卢森堡、瑞典、新加坡等国采用焚烧法处理垃圾的比例,都接近或超过填埋法,而堆肥法在国外已较少使用。对于生活垃圾中可利用物质的回收利用率,在发达国家中平均为25%左右,有的高达50%以上。填埋技术现状英国最早于1930年,美国于1940年开始采用生活垃圾卫生填埋技术———即有控制的生活垃圾填埋技术。国外从20世纪80年代开始在垃圾填埋场防渗处理中使用人工合成材料作为衬底,逐步成为一项成熟的技术得到广泛的应用。通常采用约2 mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)作为衬底材料,其渗透系数可达10-12～10-13 cm/s。目前,人工合成衬底材料已形成了系列产品,并制定了相应设计和施工标准。垃圾填埋场作业一般由垃圾推土机和垃圾压实机操作,既可提高场地利用率,又可以减少雨水对垃圾的冲刷。现代化大型生活垃圾卫生填埋场大多采用单元填埋法,并对垃圾进行分层压实和每日覆盖。控制填埋沼气的自由转移或扩散是填埋技术的一个组成部分,填埋沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳。通常采取的方法一是通过石笼等形式将填埋沼气导排;二是通过石笼和收集管将填埋沼气导排并使其安全直燃;三是通过管网系统收集后经过净化处理作为能源回收利用。堆肥技术现状对堆肥技术进行科学研究始于20世纪20年代。而高温好氧堆肥技术是从20世纪30年代开始采用的。根据工艺流程和运行状况,高温好氧堆肥处理技术可分为静态好氧堆肥处理技术、动态好氧堆肥处理技术和间歇式动态好氧堆肥处理技术3种。进入20世纪90年代以来,动态厌氧堆肥处理技术在一部分国家率先得到了应用。早在20世纪的70～80年代,许多发达国家曾建设了大批机械化程度较高的垃圾堆肥厂,不少国家还制定了垃圾堆肥产品的技术标准,并依据相关技术标准生产了多种用途的堆肥系列产品,以适应不同作物、不同土壤和不同用肥途径(如家庭养花、庭院苗圃、园林绿化、农业种植等)的需求。同时也在提高垃圾堆肥产品质量,扩大垃圾堆肥产品销售和拓展垃圾堆肥产品使用范围等方面做了大量工作,有效地推动了垃圾堆肥技术的推广应用。20世纪80年代后期,发达国家的生活垃圾堆肥技术应用陷入低谷,有不少国家的许多规模较大且机械化程度较高的生活垃圾堆肥厂相继倒闭。但即使在这种形势下,一些国家或城市仍在坚持不断改进垃圾堆肥技术,提高垃圾堆肥产品质量,稳步发展着生活垃圾堆肥技术。目前,国外生活垃圾堆肥厂数量总体呈下降趋势,但垃圾堆肥技术的发展并没有停顿。发展较快有两种堆肥方式:一是庭院垃圾堆肥;二是制造有机复合肥技术。焚烧技术现状生活垃圾焚烧技术的发展历史相对较短,大致经历了萌芽阶段、发展阶段和成熟阶段。萌芽阶段是从19世纪80年代开始到20世纪初期。英国诺丁汉和美国纽约先后采用焚烧方法处理生活垃圾。德国汉堡和法国巴黎也先后建立了世界上最早的生活垃圾焚烧厂。二次世界大战以后,经济发展非常快,城市居民的生活水平进一步提高,垃圾中的可燃物和易燃物迅速上升,促进了垃圾焚烧技术的应用。特别是在20世纪60年代的电子工业变革后,许多先进技术在垃圾焚烧炉上得到了应用,使垃圾焚烧炉得到了进一步的完善。从20世纪70年代到90年代中期的20多年间,是垃圾焚烧技术发展最快的时期、几乎所有的发达国家、中等发达国家都建有不同规模、不同数量的垃圾焚烧厂,发展中国家已建有或正在筹建垃圾焚烧厂的也不在少数,垃圾焚烧技术的发展方兴未艾。垃圾焚烧法是一种比较有效的垃圾处理方法。它的减量化、资源化和无害化效果都比较理想。垃圾焚烧技术经过几十年的发展现在已经比较成熟,机械炉排焚烧炉的类型已经基本定型。制约垃圾焚烧技术发展的主要因素是二次污染防治技术特别是废气处理技术的成败。回收及循环利用技术现状近年来,发达国家把实现生活垃圾资源化提高到了社会可持续发展的战略高度,垃圾资源化已经成为各国谋求的垃圾治理目标。发达国家在推进生活垃圾资源化进程中,都制定了符合本国国情的相关法律、规章和各种标准规范。如德国制定了《关于容器包装废弃物的政府令》;法国制定了《容器包装政府令》;丹麦制定了《再循环法》;日本制定了《再生资源利用促进法》和《容器包装再循环法》;奥地利制定了《包装条例》等等。除法规保障外,发达国家还对废弃物循环利用和再生利用予以政策上的支持。同时遵循“谁污染谁负担”的原则,借助经济手段来保证有关举措的实施,如采取课税制度等。如美国纽约州对使用50%以上再生原料的企业实行减税制度。加拿大的部分州实行在销售过程中对易于再循环的产品课以小额度税金,对不易再循环的产品课以大额度税金。许多国家对城市居民均实行生活垃圾收费制,不少国家还在商品流通领域实行抵押金制度。如德国规定产品的销售者有义务在一次性容器及包装上加贴标签,并向消费者收取抵押金。挪威规定消费者在购买汽车时要缴一定数额抵押金,在汽车被回收时再连同利息一起返还。另外还有一些国家实行政府补贴和建立基金会等方式来鼓励生活垃圾的资源化。如瑞士1996年起向建设和管理生活垃圾焚烧厂的企业增加补助金;英国政府给配电公司发放补贴用以购买生活垃圾焚烧厂生产的电力;法国为推进生活垃圾焚烧发电事业的发展,政府采取资金补贴的方式给予支持。2、发展趋势提倡分类收集和回收利用对生活垃圾尽可能进行回收和循环利用,最有效的途径是尽可能对生活垃圾实施分类收集。这是发达国家在实践中形成的共识。鼓励有机垃圾堆肥处理可以预计,垃圾堆肥技术将在世界范围内经历一次从量变到质变的变化过程。但无论如何生活垃圾堆肥技术今后仍将在国外生活垃圾综合处理体系中占有重要位置。稳步发展垃圾焚烧技术垃圾焚烧处理已有100多年的历史,但出现有控制的焚烧(烟气处理、余热利用等)只是近几十年的事。它与垃圾填埋处理相比,具有占地面积小、选址较容易,处理快速、减量化显著、无害化较彻底以及可回收焚烧余热等优点,在发达国家得到越来越广泛的应用。预计将来垃圾焚烧技术仍会继续得到发展。填埋是垃圾处理的基本方式虽然垃圾填埋处理率有下降的趋势,但填埋处理仍是垃圾处理的最终方式。垃圾填埋场的污染控制措施将不断完善,垃圾填埋场将向大型化发展,进入垃圾填埋场的有机物含量将有所限制。

蓄热式高温空气燃烧技术的应用吴道洪 欧俭平 谢善清 杨泽耒 王汝芳 萧泽强关键词：蓄热室，高温空气，换向阀，燃烧，氮氧化物 摘要：本文简述了蓄热式高温空气燃烧技术的原理、技术优势以及在我国的应用前景，着重介绍我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究进展及其在我国工业加热行业的推广应用与发展情况。 1 前言 高温空气燃烧技术在日、美等国家简称为HTAC技术，在西欧一些国家简称为HPAC(Highly Preheated Air Combustion)技术，亦称为无焰燃烧技术(Flameless combustion)。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度(体积)气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高达95%，热回收率达80%以上的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰。它具有高效节能和超低NOX排放等多种优点，又被称为环境协调型燃烧技术[1-2]。 高温空气燃烧技术自问世起，立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益[3]。 2 HTAC技术的发展 国内外各种工业炉和锅炉的节能技术发展都经过了废热不利用和废热开始利用的两个阶段。在最原始的年代，炉子废热不利用，炉尾烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在30% 以下，如图1所示。 从六七十年代开始，国内外较普遍地采用了一种在烟道上回收烟气的装置—空气预热器(或称空气换热器)来回收炉尾烟气带走的热量，如图2所示。 采用这种办法可以降低烟气温度，增加进入炉膛的助燃空气的温度，这样做达到了一定的节能效果，但仍存在以下问题：(1)其回收热量的数量有限，炉子热效率一般在50%以下；(2)空气预热器一般采用金属材料和陶瓷材料，前者寿命短、后者设备庞大、维修困难；(3)从燃烧器的角度来看，助燃空气的温度提高以后，火焰区的体积越来越小，火焰中心的温度也越来越高，炉膛内存在局部的高温区，这样对于工业炉来说，容易使加热制品局部过热，也影响了工业炉的局部炉膛耐火材料和炉内金属构件的寿命，对于锅炉来说影响其换热效率和水冷壁的寿命，甚至引起爆管等事故；(4)助燃空气温度的增高导致火焰温度增高，NOX的排放量大大增加(甚至可以达到103ppm以上)，对大气环境造成了严重的污染。 图1 废热不利用的炉子示意图 图2 安装空气预热器的炉子示意图八十年代初，美国的British Gas公司与Hot Work公司开发出一种在工业炉和锅炉上节能潜力巨大的蓄热式燃烧器，产生了高温空气条件下的“第一代再生燃烧技术”，用于小型玻璃熔窑上。其后，这种燃烧器被应用于美国和英国的钢铁和熔铝行业中，尽管这种燃烧器具有NOX排放量大和系统可靠性等问题，但由于它能使烟气余热利用达到接近极限的水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以推广应用。 进入九十年代以后，国内外学术界将蓄热式燃烧器的节能与环保相抵触的难题提到科技攻关的地位，对其进行了深入的基础性研究，旨在同时达到节能和降低CO2、NOX排放。日本工业炉株式会社田中良一领导的研究小组采用热钝性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，取得了很好的效果[1]。由于能高效回收烟气余热的蓄热材料和高频换向设备问题的解决，产生了高温低氧条件下的“第二代再生燃烧技术”即现在所谓的“高温空气燃烧技术”。 3 蓄热式高温空气燃烧技术的原理及技术优势 蓄热式高温空气燃烧技术的原理如图3所示。 图3 安装蓄热室的炉子当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100°C)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21% 的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2~20%)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热储存在蓄热体内，然后以150~200°C的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。蓄热式高温空气燃烧技术的诞生使得工业炉炉膛内温度分布均匀化问题、炉膛内温度的自动控制手段问题、炉膛内强化传热问题、炉膛内火焰燃烧范围的扩展问题、炉膛内火焰燃烧机理的改变等问题有了新的解决措施。 由上所述，蓄热式空气燃烧技术的主要优势在于：(1)节能潜力巨大，平均节能25% 以上。因而可以向大气环境少排放二氧化碳25% 以上，大大缓解了大气的温室效应。(2)扩大了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度均匀，这样一方面提高了产品质量，另一方面延长了炉膛寿命。(3)对于连续式炉来说，炉长方向的平均温度增加，加强了炉内传热，导致同样产量的工业炉其炉膛尺寸可以缩小20% 以上，换句话说，同样长度的炉子其产品的产量可以提高20% 以上，大大降低了设备的造价。(4)由于火焰不是在燃烧器中产生的，而是在炉膛空间内才开始逐渐燃烧，因而燃烧噪声低。(5)采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中NOX含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度非常高的情况下，NOX含量却大大减少了。(6)炉膛内为贫氧燃烧，导致钢坯氧化烧损减少。(7)炉膛内为贫氧燃烧，有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶瓷烧成等工艺要求，以满足某些特殊工业炉的需要。 4. 我国在蓄热式高温空气燃烧技术领域的基础研究 高温空气燃烧技术的机理研究[1，4-6] 1999年10月，在萧泽强教授的积极倡导下，北京神雾科技有限公司作为主要支持单位之一与中国科学技术协会工程学会联合会在北京举办了“高温空气燃烧新技术国际研讨会”。自此，“高温空气燃烧技术”的概念正式传入我国并引起我国科技工作者的高度重视。清华大学、中南大学、东北大学、北京神雾科技有限公司等科研院所对高温空气燃烧的机理和低污染特征进行了一系列研究。 高温空气燃烧技术的基本思想是让燃料在高温低氧体积浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高、热回收率高的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度为800～1000℃，甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15% ～3%(体积)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。 这种燃烧方式一方面使燃烧室内的温度整体升高且分布更趋均匀，使燃料消耗显著降低。降低燃料消耗也就意味着减少了CO2等温室气体的排放。另一方面抑制了热力型氮氧化物(NOX)的生成。氮氧化物(NOX)是造成大气污染的重要来源之一，各工业企业都在设法降低NOX的排放。NOX主要有热力型和燃料型。HTAC烧嘴主要采用气体燃料，其中含氮化合物少，因此燃料型NOX生成极少。由热力型NOX生成速度公式[1]可知，NOX的生成速度主要与燃烧过程中的火焰最高温度及氮、氧的浓度有关，其中温度是影响热力型NOX的主要因素。在高温空气燃烧条件下，由于炉内平均温度升高，但没有传统燃烧的局部高温区；同时炉内高温烟气回流，降低了氮、氧的浓度；此外，气流速度大，燃烧速度快，烟气在炉内停留时间短。因此NOX排放浓度低。 陶瓷球蓄热室热工特性的研究[7] 八十年代初新型小陶瓷球蓄热室技术问世以后，引起了我国热工界的高度重视。我国从八十年代中后期开始对新型蓄热室技术进行开发研究，建立了专门的陶瓷球蓄热室实验装置，着重对陶瓷球蓄热室的阻力特性和换热特性进行了系统的实验研究，得出了蓄热室阻力特性和换热特性与蓄热室的结构参数和操作参数之间的基本规律，为蓄热室的合理设计奠定了基础。 进行实验的陶瓷球蓄热室如图4所示。 图4 陶瓷球蓄热室示意图 阻力特性实验研究 气体流经蓄热室的阻力损失是蓄热室设计的重要技术指标，了解蓄热室在冷态和热态的阻力特性，是合理选择工业炉的供风系统和排烟系统设备的重要前提。 蓄热室冷态阻力特性的实验结果 实验结果表明：陶瓷蓄热室的阻力损失与蓄热室的高度成正比；阻力损失与陶瓷球直径的增大而减小；气体流经蓄热室的阻力损失与空塔流速之间呈幂函数关系。 根据实验结果，采用回归的方法，得出陶瓷球蓄热室在冷态条件下的阻力特性方程为： 式中：DP—阻力损失； H—蓄热体高度；e—蓄热室孔隙率；u—空塔流速；d—陶瓷球直径；m—流体的动力粘度系数； r—流体的密度；A、B—系数。 蓄热室内热态阻力特性的实验结果 蓄热室热态阻力特性实验主要研究蓄热室内空气和烟气在单位长度上的阻力损失与温度、气体的流速以及陶瓷球直径之间的关系。实验结果表明：温度对空气和烟气阻力损失的影响成线形关系；阻力损失随空塔流速的增大而增大，其变化规律为幂函数关系；阻力损失随着陶瓷球直径的增大而减小，其变化规律近似反比关系。据此得出的热态阻力特性方程如下： 式中：r0——标准状态下的气体密度；A——由实验确定的系数；t——空气或烟气在周期内的平均温度；其他符号意义同上。 陶瓷球蓄热室换热特性的研究 蓄热室的工作过程是周期性地通过被预热介质(助燃空气或煤气)与烟气，也就是周期性地处于放热和吸热状态。在整个过程中，烟气温度、空气温度、蓄热体温度不仅是时间的函数，也随位置的不同而变化。陶瓷球蓄热室内换热过程是包括对流、辐射和传导在内的复杂的非稳定态传热过程。我国学者对陶瓷球蓄热室这种周期性非稳定态的换热过程的主要特性进行了较为深入、系统的研究。 陶瓷蓄热室温度分布特性 通过实验，掌握了如下规律： a) 空气出口温度随着时间的延长而逐渐降低，其规律近似成线性变化； b) 在一个周期内排烟温度随着时间的延长而升高，其规律也近似成线性变化； c) 蓄热体表面温度在冷却期随着时间的延长而逐渐降低，其规律近似成线性变化； d) 蓄热体表面温度在加热期随着时间的延长而逐渐升高，其规律近似成线性变化； e) 蓄热室内部烟气温度和空气温度沿高度方向的变化也近似成线性变化； f) 蓄热体表面温度的变化与空气和烟气温度的变化规律基本一致，在同一位置，球的表面温度比空气温度高40～60℃，比烟气温度低45～55℃，球的直径大时，球与气体之间的温差较大、球径小时，球气温差较小。 陶瓷球的综合热交换系数 从实验结果得知，随着换向时间的增加，综合热交换系数的值减小，随着球径的增大，综合热交换系数的值亦减小。根据有关的热交换理论和实验的结果，我国学者提出如下的综合热交换系数的表达式： 式中：K —综合热交换系数；ah—加热期气—球之间的换热系数；ac—冷却期气—球之间的换热系数；d —球的直径；l —球体的导热系数；F0 —傅立叶数： ( ：导温系数，t：换向时间)；A—实验所确定的系数； 。 球—气之间的换热系数 通过实验，得出了球—气之间的换热系数与气体温度、空塔流速、球的直径的关系，对实验数据进行数学回归以后得出如下关系式： 空气： 烟气： A，B—系数 蜂窝型蓄热体的热工特性的研究 九十年代初，日本工业炉株式会社田中良一领导的研究小组开始采用热钝性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，取得了很好的效果。与球形蓄热体相比，蜂窝型蓄热体在比表面积、重量、压力损失、换向时间等方面具有极大的优越性[1]。在我国，蜂窝型蓄热体在蓄热式燃烧系统中的工业应用得到越来越多的重视，欧俭平等人[4]通过数值模拟，对蜂窝型蓄热体的热工特性进行了研究，本文对其研究结果进行简要介绍。 蓄热体格孔壁面应力特性 蓄热体在使用中，由于格孔孔壁双面受热或冷却，除受温度作用外，还受各种应力作用，很容易遭受损坏。造成蓄热体损毁的因素很多，如高温空气和燃烧产物的化学作用、温度急变和热膨胀等物理作用以及气流冲刷和高温荷重等机械作用等等。上述各种因素往往同时存在，但对于某一特定的工作环境，必有一个主要原因。经对国内某厂生产现场被替换的蓄热体进行研究，发现大部分蜂窝体单元出现不同程度的裂纹和剥落。显然，脆性应力破裂是造成这一问题的主要原因。 计算结果表明，无论是加热期还是冷却期，蜂窝体格孔壁面主要受到法线方向的应力作用，其切向和轴向所受应力分别不到法向应力的1/200和万分之一。加热期应力指向壁面，对蓄热体孔壁产生挤压，表现为挤压应力；冷却期壁面受力方向指向流体，对壁面产生拉曳，表现为拉应力。显然，如果蓄热体的壁面所受应力大于其所能承受的最大应力，将导致应力脆裂。频繁的蓄热和释热过程变换，使得蓄热体格孔壁面交替地受到拉应力和挤压应力的作用。流体的流速越大，应力变化越大；换向时间越短，蓄热体受拉应力和挤压应力交替作用的影响越大。 蜂窝型蓄热体的传热特性 对蜂窝型蓄热体传热特性的研究结果表明，蓄热体壁面和气体间的换热强烈，狭长的格孔通道对流动和换热有一定的影响。换向时间对蓄热体的传热特性的影响较大，换向时间越长，烟气出口温度越高，蓄热室的温度效率和热回收率越低。气体流速对蓄热体的传热特性也有影响。气体的流速越高，烟气出口温度越高，余热回收率越低。 5 蓄热式高温空气燃烧技术在我国的发展 2002年，全国的钢产量达亿吨，全国冶金行业的加热炉达千座以上，年处理钢坯可达2亿吨，目前我国轧钢加热炉的平均能耗为60Kg标煤/吨钢，国际先进水平的加热炉平均燃料单耗为51kg标煤/吨钢。表1列出了日本NKK钢管公司福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉1996年采用HTAC技术前后的技术参数[7]。 从表1参数不难看出，日本NKK钢管公司福山热轧厂改造前的平均能耗为标煤/吨钢，比我国的轧钢加热炉少耗能19% ；而改造后NKK公司的轧钢加热炉又比改造前节能25% 。按我国每年加热钢坯1亿吨计算，全国的轧钢加热炉改造后达到平均能耗40kg标煤/吨钢，相当于平均节能33% ，改造后全国钢铁行业仅轧钢加热炉一项每年可少消耗200万吨标煤，另外，热处理炉、钢包、中间包烘烧器等设备由于工艺上的特殊性，目前的能源利用率更差，其节能的潜力将更大。此外， 还将对钢铁行业降低氧化烧损、减少环境污染、降低设备造价，增加单炉产量等方面起到重要的作用。 表1 230吨/小时热轧步进式加热炉采用HTAC技术前后的技术参数 综上所述，新型蓄热式技术应用在工业炉上可以获得显著的节约能源和减少环境污染的效果。我国工业炉窑种类繁多，数量巨大，在我国推广应用这项新技术，将会带来巨大的经济效益和社会效益。北京神雾公司自1995年底成立以来，利用自己研制开发的新型节能燃油、燃气燃烧器已在全国冶金、机械、石化、陶瓷、玻璃、火力发电等行业的近八百余家企业的各种工业炉和锅炉上推广了WDH系列节能燃烧器，因此对这些行业的工业炉和锅炉的设备状况有了较全面的了解。从1996年开始，本公司积极跟踪国外的先进技术，组织了燃烧、工业炉、热工自动控制、机械等方面的技术专家集中对蓄热式高温空气燃烧技术在工业炉和锅炉上的应用进行开发研究。由于该技术的推广应用不单纯是一个燃烧问题，尤其在工业炉领域，由于工业炉种类繁多，工艺要求千差万别，如果不与具体的工业炉工艺要求相匹配，就不可能开发出实际应用的成熟产品。通过几年的开发研究，在钢铁、机械及有色金属工业的各种工业炉上的应用研究进展较大，本公司已能为企业提供成熟的技术。在此，以轧钢加热炉为例，对我公司开发的技术作一介绍。 空气、煤气双预热 我国多数轧钢加热炉使用发热值较低的混合煤气、转炉煤气甚至高炉煤气作为燃料。在燃用低热值煤气的情况下，如果单预热空气，对废气余热的回收是不充分的。燃用低热值煤气和高热值煤气，单预热空气和空气、煤气双预热时对废气余热的回收利用情况参见表2 。 由表2可以看出，在燃混合煤气的情况下，如果只预热空气，仍有约34% 的可回收热没有得到利用，这是很可惜的；同时也可以看出，燃用低热值煤气时，空气和煤气双预热的效果，比燃用高热值煤气时双预热的效果大.此外，燃用低热值煤气时空气和煤气双预热，炉子的烟气可以全部经空气蓄热室和煤气蓄热室排出，炉子无须设置排多余高温烟气的烟道和烟囱，使炉子的构造和布置简单化。

按以下思路写：实施措施1.首先控制增量，调整和优化结构。 继续严把土地、信贷“两个闸门”和市场准入门槛，严格执行项目开工建设必须满足的土地、环保、节能等“六项必要条件”，要控制高耗能、高污染行业过快增长，加快淘汰落后生产能力，完善促进产业结构调整的政策措施，积极推进能源结构调整，制定促进服务业和高技术产业发展的政策措施. 2.强化污染防治，全面实施重点工程。 加快实施十大重点节能工程。实施水资源节约项目。加快水污染治理工程建设。推动燃煤电厂二氧化硫治理。多渠道筹措节能减排资金。 3.创新模式，加快发展循环经济。 深化循环经济试点，推进资源综合利用，推进垃圾资源化利用，全面推进清洁生产。 组织编制重点行业循环经济推进计划。制定和发布循环经济评价指标体系。深化循环经济试点，利用国债资金支持一批循环经济项目。全面推行清洁生产，对节能减排目标未完成的企业，加大实行清洁生产审核的力度，限期实施清洁生产改造方案。 4.依靠科技，加快技术开发和推广。 加快节能减排技术研发，加快节能减排技术产业化示范和推广，加快建立节能减排技术服务体系，推进环保产业健康发展，加强国际交流合作。加强节能环保电力调度。加快培育节能技术服务体系，推行合同能源管理，促进节能服务产业化发展。 5.夯实基础，强化节能减排管理。 出台《节能目标责任和评价考核实施方案》，建立“目标明确，责任清晰，措施到位，一级抓一级，一级考核一级”的节能目标责任和评价考核制度。严格执行固定资产投资项目节能评估和审查制度。强化对重点耗能企业，特别是千家企业节能工作的跟踪、指导和监管，对未按要求采取措施的企业向社会公告，限期整改。加强电力需求侧管理。扩大能效标识在三相异步电动机、变频空调、多联式空调、照明产品及燃气热水器上的应用。扩展节能产品认证范围，建立国际协调互认。组织开展节能专项检查。研究建立并实施科学、统一的节能减排统计指标体系和监测体系。 6.对高耗能企业采取节能措施 近十年来，由于能源紧张，随着节能工作进一步开展。各种新型，节能先进炉型日趋完善，且采用新型耐火纤维等优质保温材料后使得炉窑散热损失明显下降。采用先进的燃烧装置强化了燃烧，降低了不完全燃烧量，空燃比也趋于合理。然而，降低排烟热损失和回收烟气余热的技术仍进展不快。为了进一步提高窑炉的热效率，达到节能降耗的目的，回收烟气余热也是一项重要的节能途径。 烟气余热回收途径通常采用二种方法:一种是预热工件；二种是预热空气进行助燃。烟气预热工件需占用较大的体积进行热交换，往往受到作业场地的限制（间歇使用的炉窑还无法采用此种方法）。预热空气助燃是一种较好的方法，一般配置在加热炉上，也可强化燃烧,加快炉子的升温速度，提高炉子热工性能。这样既满足工艺的要求，最后也可获得显著的综合节能效果。 21世纪初国内河南省巩义市终于研制出了荣华陶瓷换热器。其生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，可节约能源35%－55%，这样直接降低生产成本，增加经济效益。 陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题，成为了回收高温余热的最佳换热器。经过多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。是目前回收高温烟气余热的最佳装置。 目前，陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉，正在为世界的节能减排事业作出了巨大的贡献。 7.健全法制，加大监督检查执法力度。 完善节能和环保标准，开展节能减排专项执法检查。配合全国人大抓紧出台《节约能源法》（修订）和《循环经济法》，抓紧制（修）订配套法规。组织制定16个高耗能产品能耗限额强制性国家标准，制（修）订16项节能设计规范、21项节能基础及方法标准及17种终端用能产品（设备）能效标准。 8.完善政策，形成激励和约束机制。 积极稳妥推进资源性产品价格改革，完善有利于节能减排的财政政策，实行有利于节能减排的税收政策。调整《节能产品政府采购清单》，研究试行强制采购节能产品的办法。拓宽融资渠道，促进国内及国际金融机构资金、外国政府贷款向节能减排领域倾斜。 9.加强宣传，提高全民节约意识。 组织好每年一度的全国节能宣传周、全国城市节水宣传周及世界环境日、地球日、水宣传日活动。把节约资源和保护环境理念渗透在各级各类的学校教育教学中，从小培养儿童的节约意识。将发展循环经济、建设节约型社会宣传纳入今年“科学发展，共建和谐”重大主题宣传活动。组织开展全国节能宣传周活动和节能科普宣传活动，实施节能宣传教育基地试点，组织《节约能源法》和《循环经济法》宣传和培训工作，开展节能表彰和奖励活动。10.政府带头，发挥节能表率作用。 在节能减排工作中，中央政府将率先规范。2007年全国要推广高效节能产品5000万支，中央国家机关将率先更换节能灯。

可以填埋、堆肥、燃烧。