工業爐大多采用擴散式燃燒,擴散式燒嘴的氣流速度較慢。HTAc系統中使用的燒嘴如圖3所示,氣體通過中心管和中心燒嘴進入爐膛,而助燃空氣通過設置在燃氣燒嘴周圍的孔口射人爐膛,燃氣和助燃空氣幾乎平行,且速度較快,因此動量大,噴射距離長,大量卷吸周圍煙氣,降低反應區的高溫度,從而減少NOx生成;混合燃燒區域一般在燒嘴的下游,可以形成大的熱氛圍區域。
圖4為蓄熱體的能流圖。在蓄熱過程中,煙氣從熱側進入蓄熱體,將熱量傳遞給蓄熱體后排出。在放熱過程中,助燃空氣從冷側進入,吸熱后進入爐內混合燃燒
一般工業爐中的空氣預熱器空氣溫度不超過400℃,效能也一般在50%以下;而理想蓄熱體預熱的助燃空氣溫度可以超過1 000℃,同時效能達到80%左右。
蓄熱器傳熱優化是HTAc技術應用中的重要問題,也是影響整體節能效果的主要因素。由于煙氣的放熱和助燃空氣的吸熱過程在同一個蓄熱室內交替進行,較之常規空氣預熱器,蓄熱體不要關注一個周期內的對流傳熱問題,還要考慮自身蓄力以及蓄熱的周期長短,故在材質一定的情況下,蓄熱體的結構和兩種工作模式的切換時間對傳熱優化有著重要影響,許多研究者對此進行了研究:瑞典Rafidi等人對蜂窩蓄熱器的傳熱性能進行了數值仿真研究。他們發現,經過短時間的持續升溫,蓄熱體可以達到周期性的穩態,固體的平均溫度以及進出口溫度停止繼續上升,呈現周期性穩定變化。游永華等人通過三維數值模擬,當減少切換時長時,效能和預熱空氣溫度都將增加,而上述性能指標也會隨著通道長度的增加而增加【9】。袁飛等人通過數值模擬比較了蜂窩陶瓷蓄熱器開孑L形狀對傳熱性能的影響。他們發現方形開孔比六邊形開孔蓄熱體具有高的回收率,但同時壓力損失大。隨著開口尺寸的減小,效能明顯增加,但壓力損失也會。