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Vol29No6冶金能源

Nov2010ENERGYFORMETALLURGICALINDUSTRY33

超焓燃烧理论的研究与应用*
高增丽周燕李红
(山东理工大学材料科学与工程学院)

摘要超焓燃烧与传统燃烧相比,在提高燃烧效率、扩展贫焰极限、节约能量和减轻
污染排放等方面具有显著优越性。文章介绍了国内外对超焓燃烧理论的研究成果及其在
实际中的应用。
关键词超焓燃烧

Investigationsandapplications
oftheexcessenthalpycombustiontheory

GaoZengliZhouYanLiHong
(ShandongUniversityofTechnology)

AbstractExcessenthalpycombustionhasremarkableadvantagesoverthetraditionalcombustion
inincreasingcombustionefficiency,extendingtheleanflammabilitylimit,savingenergyandreducing
pollutantemissions.Someinternationalanddomesticinvestigationsandapplicationswerepresented.
Keywordsexcessenthalpycombustion

技术,这种燃烧本质上不改变火焰结构,在热
1超焓燃烧概念及特点
烟气流经蓄热材料时将烟气的显热主要以辐射的
所谓超焓是指在原有混合气所具有的方式高效地转化成蓄热体的辐射能,以预热未燃
焓值基础上再添加一部分焓之后的状态,是通过混合气,实现超焓燃烧;(2)直接的火焰区
在高温烟气通道上放置多孔介质或者直接采用多热再循环[2],即在火焰区插入多孔介质,热能
孔介质取代自由空间,利用其相对于气体而言强由燃烧区多孔体以辐射和传导反馈给上游未燃气
大的蓄热功能实现热反馈,即将燃烧产生的热量体,提高层流火焰速率,改变火焰的内部结构,
及尾气中的余热用于加热反应区上游的预混合形成超焓火焰。
气,从而使燃烧反应大大增强。在忽略对外热损相对于传统本生灯式自由火焰燃烧,超焓
失的情况下,火焰温度可超过与未经预热的混合燃烧具有高热效率、高燃烧速率、贫焰极限高
气状态相应的绝热火焰温度,故又称为超绝(即低热值燃料可燃烧)、高的辐射输出(有利于
热燃烧。实现超焓燃烧的途径主要有两定向、均匀、无接触加热)、均匀燃烧温度、较大的
[1]
条:(1)间接的烟气热量火焰外部再循环,燃烧当量比、极低的污染物排放等优点。
即在火焰区外侧利用烟气热再循环实现超焓
燃烧,这便是很早就在玻璃炉窑上利用的蓄2国内外对超焓燃烧理论的研究
热燃烧技术后来逐步发展完善成今天在各
,超焓燃烧在燃烧速率、节能以及污染物
种高温工业炉窑上广泛应用的高温空气燃烧排放等方面有着传统自由燃烧无法比拟的优越
性,但由于其是燃烧与导热、对流、辐射耦合在
国家高技术基金重点项目山东
*863(2009AA063202),一起的复杂换热,近40年一直是国内外学者研
省自然科学基金项目(ZR2009FQ023)。
收稿日期:2010-05-05究的热点。
高增丽(1973-),博士生;255049山东省淄博市。
21国外学者对超焓燃烧理论的研究
冶金能源Vol29No6

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国外学者对于超焓燃烧的研究比较早,方法计算多孔介质中的辐射热流分配,数值模拟
1971年,英国帝国理工学院的Weiberg[3]首先引的结果表明多孔辐射燃烧器的辐射输出取决于多
入了超焓燃烧的思想,并从理论上预言如孔体的光学厚度。后来TongTW[9]等进一步深化
果热量从热的产物再循环到冷的反应物流中去,前期的研究,采用实际燃烧气氛而不是采用连续
超绝热燃烧就有可能实现,随后Weinberg等人产热区模拟燃烧,研究结果表明要增大辐射输
通过一系列的理论分析和实验研究证明了此预出,必须增大多孔体的光学厚度,而且火焰应稳
言,基于这种理论的燃烧系统成功地扩展了火焰定在多孔介质的中心区。MitalR[10]等对比了辐
稳定性和可燃范围,可用来燃烧劣质燃料及低热射效率、火焰稳定范围、火焰位置、峰值温度的
值混合物,但当时为产生超焓,使用了一些试验值,假定一个大活化能运用到气相和固相的
体积庞大的复杂换热器,这便是早期的蓄热能量方程中,成功地定性预测了火焰的位置、峰
燃烧技术。热量在反应区外循环,除了燃烧值温度和辐射效率。