蓄热式燃烧技术(插图)

蓄热式燃烧技术

一、前言

随着经济全球化的不断推进，资源和环境问题日显突出.工业炉做为能源消耗的大户，如何尽快推行高效、环保的节能技术成为重中之重。

蓄热式燃烧技术从根本上提高了加热炉的能源利用率，特别是对低热值燃料（如高炉煤气）的合理利用，既减少了污染物（高炉煤气）的排放，又节约了能源，成为满足当前资源和环境要求的先进技术。另外,蓄热式燃烧技术的采用又强化了加热炉内的炉气循环,均匀炉子的温度场,提高了加热质量,效果也非常显著.

二、发展历史

蓄热式燃烧方式是一种古老的形式，很早就在平炉和高炉上应用。而蓄热式烧嘴则最早是由英国的Hot Work与British Gas公司合作，于上世纪八十年代初研制成功的。当初应用在小型玻璃熔窑上，被称为RCB型烧嘴，英文名称为Regenerative Ceramic Burner。由于它能够使烟气余热利用达到接近极限水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以广泛推广应用。

1984年英国的Avesta Sheffild公司用于不锈钢退火炉加热段的一侧炉墙上，装了9对，其效果是产量由30t／h增加到45t／h，单耗为1.05GJ／t。虽然是单侧供热，带钢温度差仅为±5℃。

1988年英国的Rotherham Engineering Steels公司在产量175 t／h的大方坯步进梁式炉上装了32对RCB烧嘴，取代了原来的全部烧嘴，600℃热装时单耗0.7GJ／t，炉内温度差±5℃。

日本从1985年开始了蓄热燃烧技术的研究。他们没有以陶瓷小球作蓄热体，而是采用了压力损失小、比表面积比小球大4—5倍的陶瓷蜂窝体，减少了蓄热体的体积和重量。

1993年，日本东京煤气公司在引进此项技术后作了改进，将蓄热器和烧嘴组成一体并采用两阶段燃烧以降低NOx值，其生产的蓄热式烧嘴称FDI型。开始用于步进梁式炉，锻造炉，罩式炉以及钢包烘烤器等工业炉上。

日本NKK公司于1996年在230t／h热轧板坯加热炉(福山厂)上全面采用了蓄热式燃烧技术，使用的是以高效蜂窝状陶瓷体作蓄热体的热回收装置和喷出装置一体化的紧凑型蓄热式烧嘴，烧嘴每30s切换一次。投产后，炉内氧浓度降低、NOx大幅度减少，炉内温度均匀，效率提高。

在中国,早期的蓄热式燃烧技术应用于钢铁冶金行业中的炼钢平炉和初轧均热炉上。然而，由于当时所采用的蓄热体单位比表面积小，蓄热室结构庞大，换向阀安全性能差、造价高，高温火焰温度集中，技术复杂等诸多原因，导致了其难以在其他加热炉和热处理炉上使用。

80年代后期，我国开始了陶瓷小球蓄热体蓄热式燃烧技术的研究和应用。当时，结合我国广泛使用低热值燃料，特别是大量高炉煤气被放散的实际情况，我国的热工研究者开发出了适合我国国情的独具特色的蓄热式高温燃烧技术软硬件系统，并逐步应用于均热炉、车底式退火炉、加热炉等各种工业炉窑上。

三、基本原理及特点

1、蓄热式燃烧装置的原理

1．1动漫效果

1．2蓄热式燃烧装置原理见下图1.(a) (b) (c)

图1.(a) 单蓄热式烧嘴加热系统（外置式）

图1.(b) 单蓄热式烧嘴加热系统（内置或半内置式）

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图1.(c) 空、煤气双蓄热上下（左右）烧嘴加热系统

当燃烧装置1处于燃烧状态时，被加热介质（助燃空气、煤气）通过换向阀进入蓄热室，高温蓄热体把介质预热到比炉温低100～150℃的高温，通过空煤气烧嘴（或火道）进入炉内，进行弥散混合燃烧。而另一个配对的燃烧装置2则处于蓄热状态，高温烟气流入蓄热室，将蓄热体加热，烟气温度降到250～150℃后流过换向阀经排烟机排出。煤气、空气预热各设置一台排烟机，只预热空气设置一台排烟机。

蓄热式燃烧装置系统主要由燃烧装置、蓄热室（内有蓄热体）、换向系统、排烟系统和连接管道，五大部份组成。无论哪种形式的燃烧装置，蓄热室（内有蓄热体）必须成对布置。

经过一定时间后，换向阀换向如此反复交替工作，使被加热介质加热到较高温度，进入炉膛，实现对炉内物料的加热。

2、蓄热式燃烧装置的特点

初期采用蓄热式烧嘴的主要目的是为了进一步提高空气的预热温度，更大程

排放，度地回收烟气带走的热量，以节约能源。但由于高温燃烧带来了高的NO

X

因此限制了它在工业发达国家的推广使用。

的蓄热烧嘴开始进一步研究，1992年开发成功，被近入90年代后，低NO

X

称为高温空气燃烧技术。这种技术的原理是降低燃烧空间中的氧浓度，创造贫氧条件，消除局部炽热高温区，用高速喷出的空气射流卷吸周围烟气形成贫氧燃烧区，此时形成的火焰体积大大增加，亮度减弱，温度均匀，梯度很小，这就有效的产生。

地减少了NO

X

。即一次燃料流量为5%，新开发的蓄热式烧嘴采用分段燃料供应法降低NO

X

二次燃料为95%，并使助燃空气以100m/s的速度喷出，高速空气的射流卷吸周

围炉气回流，使燃烧过程减缓，火焰燃烧区氧浓度低，形成的火焰体积大大增加，亮度减弱，温度均匀，梯度很小，在炉温1300℃时产生的NO

X

达到30ppm（以烟气中含氧量11%计算）。

3、采用高温空气燃烧技术的低NO

X

蓄热烧嘴具有的特点：

①节约能源

蓄热烧嘴能大大提高节能效率。使用传统烧嘴，最多只能将空气、煤气预热到500～600℃，排烟温度350～400℃。蓄热式烧嘴可将空煤气预热到1100～1000℃，同时排烟温度可降至250～150℃大大提高了燃料使用效率。热回收率达80%以上，可节约燃料近55%，比一般回收装置高20%～30%。

②提高炉温均匀性

前面谈到，低NO

X

蓄热烧嘴的火焰和传统烧嘴相比，温度均匀，梯度很小，

无明显的高温区，而且低NO

X

蓄热烧嘴工作时，通常有切换过程，烧嘴交替地处于燃烧期和蓄热期，火焰的位置不是固定不变，炉气流动和扰动作用使炉温分布更均匀，另外，由于空气和煤气预热到1000℃以上，大大提高了气体的高温动力性能，使空气扩散，混合过程更加剧烈，使火焰外围形成炉气循环区，也促进了炉温的均匀性。炉温均匀性提高，能大大提高炉内被加热物料的温度均匀性。

③提高传热效率

由于低NO

X

蓄热烧嘴是通过分散式热回收方式进行的，每一个温度控制段中

大量烟气排出是通过本段的低NO

X

蓄热烧嘴进行的。因此，各段能独立进行温度控制，各段温度可随意设定，炉子温度控制段可以设计放置离装料端很近的区域，这样实际上预热段长度大大缩短，炉子高温段大大延长。如果坯料温度升温速度不受限制，坯料一旦进入炉子，在温度1250℃左右温度加热，炉子对坯料的热流大大增加，炉子传热效率就大大提高，炉内传热效率提高有两个结果：

a、在炉子长度不变的情况下，能缩短料坯在炉加热时间，提高炉子产量。

b、在炉时间不变的情况下，随着炉内传热效率的提高，能缩短炉子长度，使炉子投资减少。

④降低NO

X

浓度

当空气预热到1000℃以上高温时，如果不采取措施，让燃料和空气直接混

合，那么NO

X 生成量将大大增加，超过环保对氮氧化物的排放标准。低NO

X

蓄热

烧嘴将采取下面方法降低NO

X

生成量，通常的燃烧过程是在氧浓度21%左右的情

况下进行，为了降低蓄热烧嘴生成NO

X

浓度，一个有效的办法是使蓄热烧嘴的燃烧过程在氧浓度较低的情况下进行。在组织蓄热烧嘴的火焰时，将大量燃料喷向烧嘴根部的回流区，利用高温高速引射时引起烟气的扰动，稀释空气中氧浓度，

使回流区中氧浓度一般在2～5%左右，这样NO

X

浓度将大大降低。同时为了提高