我国燃料现状及燃烧学未来任务与发展方向

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1、我国燃料现状及燃烧学未来任务与发展我国燃料现状及燃烧学未来任务与发展 方向方向 中国是当今世界上最大的发展中国 家，发展经济，摆脱贫困，是中国政府 和中国人民在相当长一段时期内的主要 任务。20 世纪 70 年代末以来，中国作 为世界上发展最快的发展中国家，经济 社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就， 成功地开辟了中国特色社会主义道路， 为世界的发展和繁荣作出了重大贡献。 作为世界上最大的发展中国家，中 国是一个能源生产和消费大国。能源生 产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三 位；基本能源消费占世界总消费量的 l10，仅次于美国，居世界第二位。 能源供应持续增长，为经济社会发展提 供了重要的支撑。能

2、源消费的快速增长， 为世界能源市场创造了广阔的发展空间。 中国已经成为世界能源市场不可或缺的 重要组成部分，对维护全球能源安全， 正在发挥着越来越重要的积极作用。 中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，上个世纪 90 年代以来，中国经 济的持续高速发展带动了能源消费量的 急剧上升。自 1993 年起，中国由能源 净出口国变成净进口国，能源总消费已 大于总供给，能源需求的对外依存度迅 速增大。煤炭、电力、石油和天然气等 能源在中国都存在缺口，其中，石油需 求量的大增以及由其引起的结构性矛盾 日益成为中国能源安全所面临的最大难 题。 我国煤层气资源丰富，最新探明总 储量是 36.7 万亿立方米，比六

3、年前增 加了 5 万亿立方米，是仅次于俄罗斯、 加拿大的世界第三大煤层气储藏国。资 源条件决定了煤层气在中国可以成为独 立的产业，成为天然气工业的重要补充。我国目前煤层气开发水平较低。据 权威统计，我国目前煤矿抽采瓦斯仅 23 亿立方米，利用 10 亿多立方米，开发 程度远不及美国、加拿大、澳大利亚等 煤层气产业已成功实行了商业化运作的国家。美国虽然 80 年代才真正大规模 开发煤层气，但目前开发利用已超 500 亿立方米，已占到天然气总量的 110。 我国煤层气开发已积累了许多经验， 经过 10 余年探索，井下瓦斯抽采技术 已经形成体系，并在高瓦斯矿井全面应 用，阳泉、淮南、水城、盘江、松藻

4、、 晋城、抚顺 7 个矿区，年抽采瓦斯量超 过 1 亿立方米；地面钻井开采煤层气通 过示范工程建设，已进入商业化开发阶 段，高新技术始露锋芒。西方国家的技 术和资金，看好中国的煤层气开发，逐 步引入中国。目前已有 16 家外国企业 进入中国煤层气开发领域，与中国企业 签订了 27 份煤层气产品分成合同，总 投入已达 1.8 亿美元。输气能力 57.3 亿立方米。 由于煤层气探明储量多，而且已经 形成了较为成熟的勘探开发技术和地质 理论，国家已把煤层气开发利用列入“ 十一五“规划。计划到 2010 年，我国煤层气开发利用将实现 4 个目标：全国煤 层气产量达 100 亿立方米；利用量达 80 亿

5、立方米；新增煤层气探明地质储量 3000 亿立方米；逐步建立煤层气开发利 用产业体系。温家宝总理明确指出：“ 开发和利用煤层气既可治理瓦斯，又可 利用能源，一举两得，应该加大科研、 勘探、开发的力度。“ 国家已制定鼓励开发利用的政策。 除企业积极投资外，国家通过立法和制 定政策，在减免税收、财政支持、采矿 权收费等方面提供了众多优惠，比如煤 层气价格按市场经济原则，由供需双方 协商确定等。而超标空排煤层气的企业 要受到处罚，强制实施“先抽后采“。 我国煤层气开发已开始跳跃式发展。 2005 年的钻井数超过以前历年的总和。 到 2005 年底，全国投入煤层气勘探资 金已达 24 亿元，钻井 60

6、7 口，有四个 区域开始规模利用。特别是国务院办 公厅关于加强煤层气(煤矿瓦斯)抽采利 用的意见和全国煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五“规划的出台，更为 我国煤层气产业的发展烧足了底火。我 国将建设九条煤层气输气管道，全长 1390 千米。这预示着我国煤层气产业将 要迅猛崛起。 随着经济的发展，我国能源消耗量 愈来愈大，同时对环境造成的污染也愈 来愈严重。近来我国对节能减排的要求 越来越高，尤其是当前全球金融危机的 不利形势下，能耗水平的竞争也已成为 了国家实力竞争的主战场。而降低能耗 不仅要在生产过程中严格把控，更要采 用先进的节能技术和配套相应的节能设 备才能实现。 针对以上现状，燃烧学

7、的未来任务 任重而道远！近年来，各类燃烧新技术 在很多方面得到应用，得到了很大的发 展，比如工业炉的高温空气燃烧技术、 多孔介质燃烧新技术、富氧燃烧新技术 在马蹄焰玻璃窑炉上的应用等等，以下 将分别简单介绍。 一、工业炉的高温空气燃烧技术高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion-HTAC） 是 20 世纪 90 年代开发成功的一项燃料 燃烧领域中的新技术。它是在传统的蓄 热燃烧基础上发展起来的。蓄热燃烧在 钢铁工业中找已应用，如炼铁的热风炉， 已过时的炼钢用的平炉等。 70 年带末，日本学者在英国学者提 出的超焓火焰的理念基础上进行了开发。 所谓“超焓”

8、是指在原有混合气所具有 的焓值基础上，再添加一部分焓之后的 状态，不需要借助于外部热源，只要采 用常规的工业炉窑燃烧所用的热再循环， 就可以维持超稀薄混合气体的稳定燃烧。 日本学者重点对多孔性固体壁的传热和 蓄热性能、热的再循环促进燃烧过程的 机理及其应用进行了研究，取得了节能 降耗的良好效果。 HTAC 包括两项基本技术手段：一是 燃烧产物显热最大限度回收（或称极限 回收） ；二是燃料在低氧气氛下燃烧。 燃料在高温下和低氧空气中燃烧，燃烧和体系内的热工条件与传统的（空气为 常温或低于 600以下，含氧不小于 21%） 燃烧过程有明显区别。 高温空气燃烧技术能把 30%被烟气带走 的余热再回收

9、 60%80%，节能效果显著， 但是该技术在改善加热物体的温度均匀 性、减少污染物排放方面在国内应用效 果不佳。 二、多孔介质燃烧新技术 近年来，在燃烧研究领域中，多孔 介质燃烧技术越来越多的受到人们的青 睐。其特点是气体混合物在一种既耐高 温、导热性能又好的特殊多孔介质材料 里完成燃烧，介质做成什么形状，火焰 就是什么形状，炉子内部没有火焰，加 热物体不是靠火焰，而是靠加热高温介 质和温度均匀的烟气的辐射热。 多孔介质燃烧新技术，是继第一代 常规气体燃烧技术，第二代蓄热燃烧技 术之后，国际最新的第三代气体燃烧技 术。传统燃烧技术:“两大一小有毒” ， 氮氧化物含量大，燃烧装置大，调节比小、燃

10、气适应性小，有毒的一氧化碳含 量高。多孔介质燃烧技术:“两小一大 零排放” ，氮氧化物含量小，燃烧装置 小，调节比大、燃气适应性大，有毒的 一氧化碳含量低。多孔介质燃烧新技术 将于年内在宝钢工业炉上实现应用示范， 该技术将填补宝钢天然气节能自主技术 领域的空白。 三、富氧燃烧技术在马蹄焰玻璃窑炉上 的应用 富氧燃烧目的就在于使燃料充分燃 烧，并有效地充分利用燃烧生成的数量。 燃烧的工艺与炉窑效率有着至关重要的 关系。燃烧是由于燃料中可燃分子与氧 分子之间发生高能碰撞而引起的，所以 氧的供给情况决定了燃烧过程完成的是 否充分，采用比常规空气含氧量高的空 气助燃称富氧燃烧，它有提高火焰温度、 加快

11、燃烧速度、降低燃料燃点温度、增 加热量利用率的特点。 1、提高火焰温度：火焰温度随空气中氧气含量的增加而显著提高，由于富氧空气的参与，氮 气含量相对减少，相应减少废气吸热量。 这样便提高了空气中氧气浓度燃烧百分 比，达到提高炉膛火焰温度和热量利用 率的目的。 2、加快燃烧速度 由于增加氧含量后火焰温度提高， 使燃料在氧气中的燃烧速度比在普通空 气中的燃烧速度大幅提高。燃烧速度的 提高，也使燃料在炉膛内迅速完全燃烧。3、降低燃料的燃点温度 燃点温度明显受到反应速率和热损 耗的影响。富氧空气相比普通空气有助 于降低“燃点”温度，并增加火焰单位 体积的热释放量。 4、增加热量利用率当加热温度为 13

12、00时，用普通空 气燃烧。其热利用率为 42%，而用含氧 量 24%的富氧空气燃烧，则利用率增加 到 30%以上，随着加热温度增加，节能 效果更显著。马蹄焰玻璃窑炉以价格低廉的发生炉煤 气（油或天燃气）为燃料，不但提高了 熔化质量，且大大节约了燃料成本。该 炉型设有合理的蓄热室结构，提高了热 能利用率和工作效率。在蓄热室设计时， 是让烟气直接通过蓄热室进入烟道，而 蓄热室是一个用耐火材料砌成的空心格 子的加热室。当发生炉煤气和空气通过 蓄热室时预热空气和煤气，一起进入小 炉内相互混合和预燃。使燃料释放出更 多的热量。烟气在蓄热室反复上升与下 沉的过程中，热量被格子砖充分吸收并 蓄积，有部分热量

13、被废气所带走，大部 分热量被充分利用到工作中去。 马蹄焰玻璃窑炉局部富氧助燃是很 有必要的，也是可行的。在一般的玻璃 熔窑火焰空间中，火焰下部总是最缺氧 的部位，燃烧不完全，温度较低。如果 富氧喷管以一定的角度和速度将氧气引 入窑炉空间，冲击火焰底部，这样就会 在靠近玻璃液面一侧形成一个含未燃烧 碳粒较少的富氧层，使之燃烧充分，温度提高较大。这种不对称火焰，可靠垂 直的温度梯度，在靠近玻璃料液的一侧 形成一个高温带，使火焰底部增加向玻 璃料液内部的热辐射和热对流。而在靠 近窑碹的一侧温度并不升高，使窑顶免 受由此带来的侵蚀加重。同时由于火焰 强度增加，火焰变短，有助于控制熔窑 内温度分布。此外

14、，可防止在蓄热室内 燃烧。这对蓄热式熔窑来说，格子砖的 寿命也可以得到改善。由于马蹄焰窑是 侧面加料，正面喷火，因此其料层长度 相对来说比较短，为了加强熔化，火焰 长度也要求短些，一般宜采用短焰燃烧。 只有这样，火焰热量才会集中于配合料 熔化区，起到增强熔化部位熔化能力的 作用。火焰长短，也可通过控制氧流量 来调节。当氧流量增至 100m3/h 时，火 焰长度将有明显的缩短。 在马蹄焰窑火焰空间内，富氧助燃 同样可造成不均衡的火焰辐射，使热流 离开碹顶向下移动，窑顶附近空间温度 显著下降。结果导致澄清区液面附近的冷气层基本上被消除，玻璃液内部热均 匀性有所提高，最终使成形制品质量得 到改善。 随着世界能源的逐渐匮乏，能源危 机日益临近，而新能源仍在探索中，另 外，环境日益恶化，节能环保便成了当 今世界工业技术发展的主旋律。燃烧新 技术的应用与发展便成为迫在眉睫的事 情，发展前景极为广阔。燃烧学论文燃烧学论文我国燃料现状及燃烧学未来任务与发展我国燃料现状及燃烧学未来任务与发展方向方向学院：能源与环境学院专业班级：08 热动（3）班姓名：朱晓学号： 0862126328