MILD燃燒的研究進(jìn)展與技術(shù)應(yīng)用

MILD燃燒的研究進(jìn)展與技術(shù)應(yīng)用MILD燃燒的概念特點MILD燃燒的研究進(jìn)展MILD燃燒的技術(shù)應(yīng)用MILD燃燒的技術(shù)瓶頸MILD燃燒的最新動態(tài)1MILD燃燒的概念特點MILD（Moderate&IntenseLowOxygenDilution）燃燒是低氧稀釋條件下的一種溫和燃燒模式爐膛透亮無局部高溫火焰無焰燃燒/無焰氧化(FlamelessOxidation,FLOX)燃燒空氣需高溫預(yù)熱到1000℃高溫火焰燃燒(HighTemperatureAirCombustion,HiTAC)MILD燃燒圖1-1傳統(tǒng)火焰燃燒（左）與MILD燃燒（右）

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MILD燃燒的研究進(jìn)展20世紀(jì)90年代，德國、日本最先展開研究隨后，瑞典、意、荷、法、澳、美、中相繼跟進(jìn)2.1共識主要方式：高溫預(yù)熱空氣并配合高速射流技術(shù)關(guān)鍵：卷吸高溫?zé)煔獠⑾♂尶諝馍淞髦匾獥l件：射流混合區(qū)以后爐內(nèi)任何位置氧濃度低于5-10%且溫度高于燃料自然點，這需要爐內(nèi)高溫?zé)煔鈴娏覂?nèi)部循環(huán)稀釋反應(yīng)物來實現(xiàn)實現(xiàn)指標(biāo)：提高熱效率30%以上，降低NOx排放70%以上空氣預(yù)熱到1600K，射流速度提高到90m/s

2MILD燃燒的研究進(jìn)展2.2影響因素?zé)煔鈨?nèi)部循環(huán)率（Kv）和爐溫圖2-1燃料與空氣射流演化及其被煙氣稀釋過程的示意圖Kv=ME/(MF+MA)ME：被燃燒射流卷吸的內(nèi)部循環(huán)煙氣(CO2,N2

和H2O)的質(zhì)量流量MF：入射燃料質(zhì)量流量MA：空氣質(zhì)量流量

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MILD燃燒的研究進(jìn)展圖2-2甲烷擴(kuò)散燃燒方式下Kv與溫度的關(guān)系Wünning父子通過實驗得到了甲烷在擴(kuò)散燃燒方式下Kv與溫度的關(guān)系實現(xiàn)MILD燃燒的基本要求是Kv>2.5，溫度>1100k

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MILD燃燒的研究進(jìn)展Cavigiolo等人發(fā)現(xiàn)

以甲烷為燃料時實現(xiàn)MILD燃燒需Kv

大于4且爐溫高于800~850℃；以乙烷為燃料時實現(xiàn)MILD燃燒需Kv

大于3.5，爐溫高于600~650℃Effuggi等人和Derudi等人發(fā)現(xiàn)以生物質(zhì)氣體為燃料時實現(xiàn)MILD燃燒需滿足高煙氣卷吸率（大于5）和高爐溫（高于800℃）

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MILD燃燒的研究進(jìn)展反應(yīng)物稀釋Dally等人發(fā)現(xiàn)增加對氧化劑的稀釋能增大火焰體積，降低反應(yīng)強度Medwell等人發(fā)現(xiàn)MILD燃燒發(fā)生的區(qū)域，OH組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比傳統(tǒng)燃燒的低且分布更廣

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MILD燃燒的研究進(jìn)展燃料Derudi、Parente、Galletti等人分別對含氫燃料的MILD燃燒作了研究，發(fā)現(xiàn)隨著氫含量的升高，需要大初始速度（>70m/s）和高煙氣循環(huán)率（Kv>9）才能實現(xiàn)MILD燃燒荷蘭國際火焰研究基金(IFRF)和清華大學(xué)的張海等通過實驗確認(rèn)了煤粉能實現(xiàn)MILD燃燒，且張等發(fā)現(xiàn)燃燒無煙煤時，NOx的排放濃度比一般的低NOx燃燒器低50%Bassam等人發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低停留時間，生物質(zhì)鋸末在較高的射流動量（>80m/s）條件下也能實現(xiàn)MILD燃燒，且NOx排放濃度低于80ppmv，CO排放濃度低于100ppmv

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MILD燃燒的研究進(jìn)展2.3我國情況接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平清華、北大、華科、北科、中科大、同濟(jì)、中南率先進(jìn)行了煤粉MILD燃燒的嘗試（清華大學(xué)張海）率先進(jìn)行了無需預(yù)熱實現(xiàn)MILD燃燒的系統(tǒng)研究（北京大學(xué)米建春）率先實現(xiàn)了反應(yīng)物預(yù)混的MILD燃燒（北京大學(xué)米建春）已開始MILD燃燒在煤氣化中應(yīng)用的研究（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)林其釗）已著手氧燃料MILD燃燒的研究（華中科技大學(xué)）

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MILD燃燒的技術(shù)應(yīng)用換熱式MILD燃燒系統(tǒng)——MILD燃燒輻射管利用燃燒產(chǎn)生的輻射熱間接加熱爐內(nèi)管件蓄熱式MILD燃燒系統(tǒng)（HiTAC）用于工業(yè)加熱爐，鋼鐵和冶金行業(yè)圖3-1通過高溫預(yù)熱空氣實現(xiàn)MILD燃燒的工業(yè)加熱爐系統(tǒng)

4MILD燃燒的技術(shù)瓶頸該系統(tǒng)針對氣體和液體燃料開發(fā)，而我國以煤為主要能源，推廣受到限制預(yù)熱空氣的要求限制其更廣泛的應(yīng)用該系統(tǒng)蓄熱器為蜂窩體或蓄熱球，為防止蓄熱介質(zhì)堵塞，對煙氣粉塵含量有一定限制由于采用預(yù)熱，為避免回火危險，該系統(tǒng)很難采用燃料與空氣部分預(yù)混和全預(yù)混的燃燒方式

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MILD燃燒的最新動態(tài)不預(yù)熱空氣實現(xiàn)MILD燃燒法國、中科大學(xué)者已通過實驗證實不預(yù)熱空氣也能實現(xiàn)氣體（天然氣）MILD燃燒北大學(xué)者更是驗證了不預(yù)熱空氣能實現(xiàn)固體（鋸末）MILD燃燒條件：氧氣代替空氣射流動量大于臨界動量大煙氣內(nèi)循環(huán)率大噴嘴速度（甚至接近音速）傳統(tǒng)認(rèn)識的誤區(qū)一：系統(tǒng)需預(yù)熱空氣

5MILD燃燒的最新動態(tài)擴(kuò)散方式下實現(xiàn)MILD燃燒傳統(tǒng)認(rèn)識誤區(qū)二：過分強調(diào)煙氣稀釋的作用北大學(xué)者發(fā)現(xiàn)只有空氣與燃料射流交匯處的Kv和速度才對建立MILD燃燒有重要影響，其他斷面無影響因此，即使燃料與空氣噴嘴間距很近，致使兩股射流來不及被煙氣稀釋，只要射流足夠高，交匯處的Kv和速度就能滿足實現(xiàn)MILD燃燒的要求

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MILD燃燒的最新動態(tài)氧燃料MILD燃燒系統(tǒng)單純氧燃料燃燒技術(shù)弊端：存在燃燒穩(wěn)定性差、機械和化學(xué)未完全燃燒損失大、運行效率低、存在安全與經(jīng)濟(jì)等問題；需配備脫硫、脫硝、除塵設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備及運行成本高氧燃料燃燒與MILD燃燒結(jié)合：燃燒穩(wěn)定性好，燃盡度高；無需脫硫、脫硝設(shè)備

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MILD燃燒的最新動態(tài)圖5-1實現(xiàn)“近零排放”的氧燃料MILD燃燒系統(tǒng)示意圖(虛線表示改造現(xiàn)有鍋爐需增加的設(shè)備與管路,點線表示可以去除的設(shè)備)與傳統(tǒng)鍋爐燃燒系統(tǒng)相比，只增加了空氣分離設(shè)備，而免去了脫硫、脫硝設(shè)備，系統(tǒng)成本低可用于舊鍋爐改造亦可用于新建鍋爐瑞典、意大利、德國華中科技大學(xué)

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MILD燃燒的最新動態(tài)基于MILD燃燒的煤氣化技術(shù)MILD燃燒穩(wěn)定性好，爐內(nèi)溫度場與組分濃度場分布均勻，燃料適應(yīng)性好，NOx

生成量低在氣化爐內(nèi)實現(xiàn)MILD燃燒，可提高碳轉(zhuǎn)化率，改善煤氣品質(zhì)，使氣化特性對運行操作參數(shù)的變化不敏