高温空气燃烧技术(HTAC)

高温空气燃烧技术(HT AC)
高温空气燃烧技术(H i ghTempe r a t u r e A i rCombus-t i o n [?] 简称H T A C)是近年来在国内外普遍推广应用的一种全新燃烧技术，该技术的主要特征是：
(1)采用蓄热室式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程
度上回收高温烟气的显热；
(2)将燃烧空气预热至8 0 0 - 1 2 0 0伺以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预
混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的温度场分布；
(3)通过组织低氧或贫氧状态下的燃烧，不仅避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NO x 的
大量生成，而且在此基础上，进一步大大降低了NO x生成与排放。

因此，这项技术在实际应
用中，产生了显著的经济效益和环保效益。

(I )HT A C是一种极限烟气余热回收技术
由于一般工业炉窑的排烟热损失占燃烧总热量的3 0%〜8 0 %,所以提高工业炉窑热效率的最佳途径就是最大限度地降低排烟温度。

在过去，烟气余热回收的主要手段是利用换热器，但换热器回收的烟气余热有限，以冶金企业为例，带普通换热器的轧钢加热炉排烟温度在3 0 0 °C- 4 0 0 °C,小型热处理炉的排烟温度可以高过5 0 0 °C- 6 0 0 °C,而钢包烘烤时烟气的排出温度竟高达1 0 0 0 °C以上。

而在HT AC中，高温烟气与蓄热体换热后，可将排烟温度降至1 5 0 °C以下(理论上可以低于1 0 0 °C甚至接近常温)，这样可将烟气带走的热量以接近完全的程度回收回来，窑炉热效率至少可提高1 0 %〜3 0 %，该技术被认为是节能技术中的一个重大突破。

从节能的角度来看，HTAC技术在我国具有巨大的市场潜力。

我国工业炉窑是耗能大户，而且炉窑的热效率低，平均热效率只有15%,差的只有
5%〜6 %，与发达国家相比(例如日本工业炉的平均热效率为3 0%〜4 0 %),差距很大。

我国工业炉窑热效率低下的主要原因，就是排烟温度高，而利用烟气余热来加热燃料燃烧所需的空气，是节能的最有效的途径之一。

研究表明，空气预热温度每提高1 0 0°C,炉子产量可提高约2 %,节约燃料约5 %,因此，采用H T A C进行极限预热回收，可达到5 0 %〜
60 %的燃料节约率。

(2)HT AC是一个全新的燃烧技术
在HTAC中，空气预热温度达到8 0 0 °C- 1 0 0 0。

(：以上，将带来一系列的结果：(1 )可以提高燃烧温度。

按照国内学者提出的工业炉应当实现〃高炉温、高烟温、高余热回收和低炉子惰性〃的所谓〃三高一低〃的发展方向的理论，燃烧温度提高有利于实现加热炉的工艺要求；(2)火焰稳定效应。

传统护散火焰的稳定是依赖火焰传播速度与可燃范围，就可以保证稳定的燃烧；(3)燃料蒸发过程、裂解、自燃等燃烧的全过程都得以加速进行；(4)空气温度接近炉内温度，而大大改善全场温度分布，使之趋于均匀；(5)对可用燃料热值范围的适应性扩大，例如可燃烧热值从2.9 3 M J / m 3到4 1.8MJ/m3以上的燃料；(6 ) 提高了化学反应速率和燃烧效率，强化了炉内辐射换热比例，使单位面积换热强度增加，投资回收期缩短。

(3)HT AC是环保型燃烧技术
传统燃烧技术中，由于助燃空气温度较低，燃烧环境较HTAC差，为了实现燃料的完全燃烧，必须对燃料供给过量的空气，而过量的空气在燃烧过程中与燃料和空气中的氮进行氧化反应，形成NO x,造成环境污染。

在HT AC中，由于高温空气助燃，燃烧环境非常好，可以以接近理论空气需要量的助燃空气来进行完全燃烧，因而燃烧是在低氧状态下进行的，没有多余的氧气与氮反应形成NO X0A而大幅度降低燃烧过程中NO x的排放量。

另一方面，由于大幅度的节能，燃料消耗量大幅度减少，从而使C 0 2的排放量也大幅度降低。

（4）技术关键点
首先，蓄热体是HTAC技术中最关键的部分，也是最具技术含量和体现工业制造水平的部件。

良好的蓄热体不仅可以使蓄热装置小型化，而且还可以大幅度提高换热效率。

对蓄热体的性能指标要求包括：蓄热量大（即材料比热大）、换热比表面积大、换热速度快、高温结构强度好、抗氧化和耐腐蚀性能好、价格便宜。

目前我国开发出来的最好的、最先进的蓄热体材料是用耐火材料制成的蜂巢状蓄热体，其换热体的比表面积（单位体积的表面积）高达 1 3 0 0 m 2 /m 3以上，重量则只有常规蓄热体的1/10。

由于其高速的蓄热和换热能力，使得蓄热体的换向时间缩短到3 0秒以内，气流阻力也可控制在较小的范围内。

切换阀及其控制也是HT AC技术中的关键技术之一。

由于必须在一定的时间间隔内实现空气与烟气的频繁切换，切换阀也成为与余热回收率密切相关的重要部件。

尽管经换热后的烟气温度很低，对切换阀无材料上的特殊要求，但由于换向频率高，必须考虑切换阀的工作寿命和控制的可靠性。

因为在当烟气中含较多的微小粉尘时，势必对频繁动作的部件构成磨损。

这些因素应当在选用切换阀时加以考虑。

蓄热体几何结构及燃料与空气通道的几何参数的确定在H T A C技术中也十分重要，这些参数的确定直接关系到燃烧的稳定性及N O x 的生成与排放量，是环境协调型高温空气燃烧技术的核心。