MILD燃燒的研究進展與技術應用

MILD燃燒的研究進展與技術應用MILD燃燒的概念特點MILD燃燒的研究進展MILD燃燒的技術應用MILD燃燒的技術瓶頸MILD燃燒的最新動態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)燃燒空氣需高溫預熱到1000℃高溫火焰燃燒(HighTemperatureAirCombustion,HiTAC)MILD燃燒圖1-1傳統火焰燃燒（左）與MILD燃燒（右）

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MILD燃燒的研究進展20世紀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2.1共識主要方式：高溫預熱空氣并配合高速射流技術關鍵：卷吸高溫煙氣并稀釋空氣射流重要條件：射流混合區以后爐內任何位置氧濃度低于5-10%且溫度高于燃料自然點，這需要爐內高溫煙氣強烈內部循環稀釋反應物來實現實現指標：提高熱效率30%以上，降低NOx排放70%以上空氣預熱到1600K，射流速度提高到90m/s

2MILD燃燒的研究進展2.2影響因素煙氣內部循環率（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部循環煙氣(CO2,N2

和H2O)的質量流量MF：入射燃料質量流量MA：空氣質量流量

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

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MILD燃燒的研究進展Cavigiolo等人發現

以甲烷為燃料時實現MILD燃燒需Kv

大于4且爐溫高于800~850℃；以乙烷為燃料時實現MILD燃燒需Kv

大于3.5，爐溫高于600~650℃Effuggi等人和Derudi等人發現以生物質氣體為燃料時實現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燃燒的研究進展反應物稀釋Dally等人發現增加對氧化劑的稀釋能增大火焰體積，降低反應強度Medwell等人發現MILD燃燒發生的區域，OH組分的質量分數比傳統燃燒的低且分布更廣

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MILD燃燒的研究進展燃料Derudi、Parente、Galletti等人分別對含氫燃料的MILD燃燒作了研究，發現隨著氫含量的升高，需要大初始速度（>70m/s）和高煙氣循環率（Kv>9）才能實現MILD燃燒荷蘭國際火焰研究基金(IFRF)和清華大學的張海等通過實驗確認了煤粉能實現MILD燃燒，且張等發現燃燒無煙煤時，NOx的排放濃度比一般的低NOx燃燒器低50%Bassam等人發現適當降低停留時間，生物質鋸末在較高的射流動量（>80m/s）條件下也能實現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燃燒的研究進展2.3我國情況接近或達到國際先進水平清華、北大、華科、北科、中科大、同濟、中南率先進行了煤粉MILD燃燒的嘗試（清華大學張海）率先進行了無需預熱實現MILD燃燒的系統研究（北京大學米建春）率先實現了反應物預混的MILD燃燒（北京大學米建春）已開始MILD燃燒在煤氣化中應用的研究（中國科學技術大學林其釗）已著手氧燃料MILD燃燒的研究（華中科技大學）

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MILD燃燒的技術應用換熱式MILD燃燒系統——MILD燃燒輻射管利用燃燒產生的輻射熱間接加熱爐內管件蓄熱式MILD燃燒系統（HiTAC）用于工業加熱爐，鋼鐵和冶金行業圖3-1通過高溫預熱空氣實現MILD燃燒的工業加熱爐系統

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

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MILD燃燒的最新動態不預熱空氣實現MILD燃燒法國、中科大學者已通過實驗證實不預熱空氣也能實現氣體（天然氣）MILD燃燒北大學者更是驗證了不預熱空氣能實現固體（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循環率大噴嘴速度（甚至接近音速）傳統認識的誤區一：系統需預熱空氣

5MILD燃燒的最新動態擴散方式下實現MILD燃燒傳統認識誤區二：過分強調煙氣稀釋的作用北大學者發現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MILD燃燒的要求

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MILD燃燒的最新動態氧燃料MILD燃燒系統單純氧燃料燃燒技術弊端：存在燃燒穩定性差、機械和化學未完全燃燒損失大、運行效率低、存在安全與經濟等問題；需配備脫硫、脫硝、除塵設備，系統復雜，設備及運行成本高氧燃料燃燒與MILD燃燒結合：燃燒穩定性好，燃盡度高；無需脫硫、脫硝設備

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MILD燃燒的最新動態圖5-1實現“近零排放”的氧燃料MILD燃燒系統示意圖(虛線表示改造現有鍋爐需增加的設備與管路,點線表示可以去除的設備)與傳統鍋爐燃燒系統相比，只增加了空氣分離設備，而免去了脫硫、脫硝設備，系統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

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MILD燃燒的最新動態基于MILD燃燒的煤氣化技術MILD燃燒穩定性好，爐內溫度場與組分濃度場分布均勻，燃料適應性好，NOx

生成量低在氣化爐內實現MILD燃燒，可提高碳轉化率，改善煤氣品質，使氣化特性對運行操作參數的變化不敏