高温空气燃烧技术蓄热式燃气辐射管燃烧器的研制开发和应用_吴道洪

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! 发展前景
"#$ 高效节能热风炉以其特有的结构、安全、高效 和 低 廉 的 投 入 、运 行 及 维 护 费 用 等 特 点 ，使 其 具 有 广 泛 的应用领域和广阔的发展前景。
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参考文献： *’, 刘 纪 福 ，白 荣 春 ，山 本 格（日 本 ）%实 用 余 热 回 收 和 利 用 技 术
收 稿 日 期 ：+--).’’.’/ 作者简介：吴道洪（’(00. ），男，博士后，湖北仙桃人，主要从事燃
烧 技 术 、燃 烧 器 的 研 究 和 开 发 ，重 点 研 究 高 温 空 气 燃 烧技术与产品及其应用%
将 该 技 术 推 广 应 用 于 冶 金 、机 械 、化 工 、陶 瓷 、建 材 、锅 炉等行业工业炉窑和加热设备上，取得了巨大的节能 和 环 保 效 益*+.),。
关键词：高温空气燃烧；燃气辐射管燃烧器；应用
中 图 分 类 号 ： 34-00%’)
文献标识码：5
文 章 编 号 ：’--+.’0)(（+--/）-+.--++.-/
12 678.98:;< =5> ?9@:;.A@B< CD5E FB< 15>" 68:;.G7:; HI@BJB:; KLM>12 39@NO7P M:@N;Q 3@R9:8P8;Q ?8% $ST%< I@BJB:; ’---!)，?9B:7U ：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：9B;9 S@OA@N7SWN@ 7BN R8OZWVSB8:‘ GBN@T.;7V N7TB7:S SWZ@ R8OZWVS8N‘ 7AAPBR7SB8:
加热设备

《工业加热》第 !! 卷 "##$ 年第 " 期
高温空气燃烧技术蓄热式燃气辐射管燃烧器的研制开发和应用
吴道洪，阎承沛，萧 琦，王东方
（北京神雾热能技术有限公司，北京 ’---!)）
摘要：介绍了应用高温空气燃烧技术研制开发 1 型和 2 型蓄热式燃气辐射管燃烧器的工作原理、技术特点和性能指标。研究指出，蓄
［&］%北 京 ：机 械 工 业 出 版 社 ，’(()% *+, *+,陆钟武%冶金热能工程导论［&］%沈阳：东北工学院出版社，
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加热设备

管体的温度（一般低 !"#$""%），被加热的高温空气和 燃气经特殊设计的旋流式烧嘴喷口以高速旋转气流卷 吸周围烟气形成一股含氧量大大低于 &$’的稀薄贫氧 高 温 气 流 ，同 时 往 稀 薄 高 温 空 气 附 近 注 入 燃 气 ，燃 气 在 贫 氧 状 态 下（&’#$!’(&）实 现 燃 烧 ，与 此 同 时 ，燃 烧 后 的高温热烟气通过另一侧的蓄热式辐射管 ) 时，将烟 气显热储存在蓄热式燃气辐射管燃烧器 ) 的蜂窝陶瓷 蓄热体内，然后以低于 $!" %的低温烟气经四通换向 阀排入大气。经自控系统控制的四通换向阀以一定频 率进行切换，这样两个蓄热式燃气辐射管燃烧器处于 蓄热与放热交替工作状态。从而达到节能和降低 *(+、 ,(& 排放等目的，常用的换向周期为 -"#&"" .。新一代 燃气辐射管燃烧器燃烧系统和控制系统示意图如图 & 所示。
热 式 燃 气 辐 射 管 燃 烧 器 是 一 种 高 效 、节 能 、低 污 染 的 工 业 炉 用 加 热 装 置 。 可 广 泛 应 用 于 机 械 、冶 金 、石 化 、电 子 、兵 器 、轻 工 、电 器 、交 通 、
建 材 、纺 织 、汽 车 、航 空 航 天 和 食 品 工 业 等 加 热 炉 设 备 上 ，具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。
（(）
式 中 ：! 为 345% 燃 气 辐 射 管 燃 烧 器 热 效 率 ，2；!+ 为
燃 气 输 入 热 量 ，67 8 9:；!- 为 预 热 空 气 带 入 热 量 ，67 8
9:；!/ 为烟气带出热量，67 8 9:。
根 据 在 实 验 炉 上 得 到 的 技 术 数 据 ：!+*) :"1 67 8
口段与燃料反应的空气量，使部分燃料发生不完全燃
烧&!’。这样，一方面可降低入口段辐射管的壁面温度，有
利于均匀整个辐射管的管壁温度，另一方面可增加火
焰的辉度，增强其辐射能力。其主要技术指标主要体现
在以下几个方面。
（(）热效率
热效率是评价辐射管燃烧器的一项重要技术性能
指标，其计算公式为&)’
!*（!+,!-）.!/ 0(112 !+
蓄热式燃气辐射管燃烧器技术特点是： （$）节能 -!’#<"’以上，减少 ,(& 排放量 -!’#<"’ 以上； （&）*(+ 排放量大大降低，*(+H$-"9$"2（8 P / P）； （-）本 燃 烧 器 可 获 得 更 高 的 加 热 温 度 ，扩 展 了 低 热 值燃料的使用范围； （<）燃烧室温度均匀性好，在采用 充 入 保 护 气 氛 ， 炉室密封性好和炉气风扇循环良好的条件下，可达到 炉温均匀性"! %；
9:、!- *((1 67 8 9:、!/ *;<1 67 8 9:， 计 算 得 出 ：! *
;1=:(2。 以 文 献 &;’ 的 实 例 进 行 计 算 ， 其 热 效 率 为
)!=:12。
体积浓度，实现高温贫氧状态燃烧。本技术采用优化设
计喷孔直径和喷孔角度的喷口结构使喷射气流形成高
速旋流式气流燃烧火焰，有利于卷吸周围烟气和火焰
扩 散 燃 烧 ；同 时 ，可 采 取 空 气 喷 口 偏 心 设 置 等 措 施 ，延
长火焰长度。由于助燃空气在入口形成一股高速附壁
式 喷 射 流 ，大 量 的 助 燃 空 气 沿 辐 射 管 壁 流 动 ，减 少 了 入
本文将高温空气燃烧技术应用于传统燃气辐射管 燃烧器，成功地开发出新一代蓄热式燃气辐射管燃烧 器，并在广东佛山广恒钢铁有限公司带钢连续退火炉 上得到应用。
+ 工作原理
蓄热式燃气辐射管燃烧器工作原理（图 ’）是将 I 端 燃 烧 器 一 次 空 气 和 燃 气（ 燃 油 ）在 端 座 部 预 混 ，并 经 电子打火器点火通入辐射管体内。从鼓风机来的常温 二次空气经由自控系统控制的四通换向阀以一定换向 周期切换进入蓄热式燃气辐射管燃烧器 I 后，在经过 蓄热式燃气辐射管燃烧器 I 的蜂窝陶瓷蓄热体时被加 热，在极短的时间内常温二次空气被加热到接近辐射
如上所述，采用蜂窝陶瓷蓄热体进Leabharlann Baidu蓄热式高温
空气燃烧，在辐射管燃烧器主煤气管和辐射管体间设
置环形蜂窝陶瓷蓄热体作蓄热室，通过四通换向阀高
频 切 换 ，“极 限 ”回 收 高 温 烟 气 余 热 ，使 助 燃 空 气 高 温 预
热。由于高温助燃空气流速很高，卷吸辐射管燃烧器内
的 烟 气 回 流 ，稀 释 助 燃 空 气 ，从 而 降 低 燃 烧 火 焰 的 含 氧
蓄热式燃气辐射管燃烧器与传统辐射管燃烧器相 比，燃烧效率高，常规辐 射 管 燃 烧 器 热 效 率 不 足 !"’， 而 本 燃 烧 器 热 效 率 可 达 7!’#>"’ 。 N<M!O 因 而 可 节 能 达 -!’#<"’以上。和电加热元件相比，在相同加热能力条 件下，蓄热式燃气辐射管燃烧器的能耗是电加热的 -$’#-7’N8M=O。也就是说，燃料消耗节省约 & / -。由于本燃 烧器较传统燃气辐射管燃烧器节能 <"’以上，因而其 ,(& 排放量也减少 <"’以上。同时，由于本燃烧器实现 45), 技术的贫氧状态燃烧，*(+ 排放量大大降低，为 传统燃烧器的 $ / 7#$ / $"，*(+H$-"9$"2（8 P / P），完全满 足国际标准要求。
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加热设备

（!）炉 室 清 洁 、干 净 ，适 宜 精 密 产 品 、高 技 术 产 品 和 特殊材料加热处理，可在真空或保护气氛下加热实现 精确、洁净热处理；
（"）由 于 本 燃 烧 器 表 面 温 度 均 匀 性 好 ，辐 射 管 体 使 用 寿 命 长 ；同 时 ，本 技 术 采 用 在 辐 射 管 燃 烧 器 火 焰 燃 烧 区域高温区段加入石墨或 #$% 衬管保护，延长辐射管 体的使用寿命。
辐射管工作段表面温差 / %
H&!
辐射管燃烧器表面热功率 / I;·62&·1!" $!7?<
辐射管材料
,J&7*F<73!，内
套衬管材料为重结晶 EF, 或用石墨管材
辐射管表面黑度
"?7&
空气平均预热温度 / %
K7""
空气消耗系数
H$?$
蓄热式（45),）燃气辐射管燃烧器热效率!7"’；
燃烧器烟气阻力 / AB
- 主要技术性能
本文所研制的蓄热式燃气辐射管燃烧器以冷轧不
锈钢带无氧化连续退火炉为典型炉型介绍。
用途
冷轧不锈钢带无氧化退火
产量 / 0·12$
-"
3 型蓄热式（45),）燃气辐射管尺寸 / 66 !$78979& &""
加热炉加热温度 / %
7""#$ $!"
有效加热区尺寸 / 66
$ 7""98" $&"
H$ <="
排烟温度 / %
"$!"
*(+ 排放量
H$-"9$"2（8 采用
德国 ILE *(+ME(& 分析仪）
,(& 排 放 量
测 试 实 际 值（采
用德国 ILE *(+ME(& 分析仪），计算减少 ,(& 排放量
电子点火器寿命 / 次
!! """
蓄热式（45),）燃气辐射管燃烧器换向时间 / . 8"
’前言
高温空气燃烧技术是 +- 世纪 (- 年代国际燃烧领 域研究开发并大力推广应用的一项全新高效节能环保 燃烧技术，该技术突破了几百年来人们对燃烧技术的 传统认识和概念，通过极限回收工业炉窑或锅炉烟气 预 热 助 燃 空 气 或 燃 气 ， 实 现 高 预 热 温 度 空 气 或 燃 气（a !-- b）和低氧浓度（+cd’ec）条件下的稳定燃烧，具有 大幅度节能（)-cd0-c）和大幅度降低烟气中 >EC 排放 量（>ECf’--g’-h0）及 ?E+ 排放量减少 )-c以上的双重 优 越 性［’］。 日 本 、美 国 和 欧 洲 工 业 发 达 国 家 以 及 我 国 已
《工业加热》第 !! 卷 "##$ 年第 " 期
燃料热值 / :;·62-：天然气低热值
<$ =!"
液化石油气低热值 >$ &!<?7
辐射管燃烧器调节比
$@$"
炉前煤气接点压力 / :AB
-?!
蓄热式辐射管燃烧器的温度 / % !6BCD$ -""（加 EF, 或石墨衬管）；
炉温均匀性 / %
G$"