蓄热燃烧技术

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高温空气燃烧
九十年代以来，国内外学者将蓄热式燃烧技术和环境 保护相抵触的问题进行科技攻关，开发出了蓄热室杓最使 空气预热温度超过了1000℃，同时实现了极限余热回收和 降低NOx排放的目的,并因此提出了与传统燃烧方式机理完 全不同的高温低氧燃烧技术，从而开创了针对燃用清洁或 较清洁气体和液体燃料的工业炉和工业锅炉开发应用高温 空气燃烧技术的新时代，使用这种蓄热式烧嘴的燃烧技术 被称为“第二代再生燃烧技术”。
蓄热式 换热器
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蓄热式 燃烧器
高温空 气燃烧
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蓄热式换热器
1858年，回收烟气 余热的蓄热式换热器
体积庞大，蓄热体 厚，换向时间长， 预热空气温度波动 大，热回收率低。
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第二代再生燃烧技术
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4 技术应用
由于蓄热式燃烧技术拥有以上的一些技术优势，因此可 以广泛地应用于冶金、机械、建材等工业部门中的均热炉、 连续加热炉、锻造炉、退火炉、玻璃窑以及各种陶瓷烧成窑 等工业炉窑。 现在采用陶瓷球和蜂窝体等高比表面积的蓄热体主要用 于轧钢加热炉、钢包烘烤装置、熔铝炉等热工设备上。 加热炉，钢包烘烤器，锅炉，辐射管，其它应用领域
外挂蓄热体式
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烧嘴式（烧嘴与蓄热体一体化）
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HTAC在加热炉上的应用
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氮氧化物排放指数低 可使用低热值燃料 高效节能----接近极限节能 燃烧空间温度均匀 贫氧燃烧 燃烧噪声低 产量提高
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新型火焰的特征
火焰 体积 明显 增大 体积 燃烧
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火焰 亮度 减弱 火焰 色差 减小
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蓄热燃烧技术的基本原理
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工作过程
烧嘴和蓄热体成对出现。助燃空气通过其中一个烧嘴， 被加热后供燃烧用，另一个烧嘴充当排烟的角色，同时蓄
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燃烧炉膛温度均匀
扩展了火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到 炉膛的边界，使得炉膛温度均匀。 （1）一方面提高了产品质量；
（2）另一方面延长了炉膛寿命。
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贫氧燃烧
炉膛内为贫氧燃烧，使得钢坯以及其它材料氧化 减少，也有利于在炉膛内产生还原焰，能保证陶 瓷烧成等工艺要求，可以满足某些特殊工业炉的
需要。
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燃烧噪声低
由于火焰不是在燃烧器中产生的，而在炉膛空间 内才开始逐渐燃烧的，因而燃烧噪声低。
低NOX燃烧的原理
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低热值燃料得到有效利用
低热值燃料可用于钢坯加热等
t 炉 f (t 理 , t 金，t 废）
t 炉 t理
1
→
室状炉 0.65 ~ 0.7 连续炉 0.7 ~ 0.75
蓄热式燃烧器
1982年英国Hot Work公司和英国British Gas公司合作 首次研制出紧凑的陶瓷球蓄热系统RCB(Regenerative Ceramic Burner)。系统采用再生燃烧器(高速切换燃烧器), 以陶瓷球作为蓄热体，比表面积可达240m² 。因此蓄热能 /m³ 力大大增强，蓄热体体积显著减小，空气预热温度提高，排 烟温度大大降低，热回收率明显提高，节能效果十分显著。 这是当时工业炉窑余热回收领域的一项重大技术进步，其它 国家也相继开发和采用这项技术。这种早期开发的高温空气 条件下的燃烧技术被称为“第一代再生燃烧技术”。
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蓄热燃烧关键部件--蓄热烧嘴
热气出口
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蓄热燃烧关键部件--换向阀
五 通 换 向 阀
空气入口
接烧嘴A
烟气出口
接烧嘴B
直 通 四 通 阀
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炉子产量提高
炉膛温度的均匀性加强了炉内传热，导致同样 产量的工业炉和锅炉其炉膛尺寸可以缩小20% 以上，换句话说，同样长度的炉子产量可以提 高20%以上，大大降低了设备的造价。
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热能工程系
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HTAC----High Temperature Air Combustion
高温空气燃烧-----蓄热燃烧
2004.08 于济钢
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报告内容
1 2 3 4 5 蓄热燃烧技术 技术的先进性 历史发展概况 技术应用 蓄热燃烧技术的几点思考
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蓄热式燃烧系统的构成

燃烧器 形状 蓄热体 材质 尺寸

换向阀

控制系统
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蓄热燃烧关键部件--蓄热体

形状选择条件：堆体积 稳定性、清灰难易程度、 加工难易程度、蓄热体 来源以及成本高低； 陶瓷蓄热体的形状有： 球状、蜂窝状和八字形； 陶瓷蜂窝蓄热体的结构 特性,适用于切换时间短 的小型化和轻型化的燃 烧系统,因而应用广泛。
热体被加热。当到达换向时刻时，换向阀动作使系统反向
运行，烟气加热好的蓄热体被用来加热空气，助燃空气冷 却的蓄热体又被离开炉子的高温烟气加热，最后排出的烟
气只有150～200℃，空气预热温度1000 ℃左右，切换阀
在低温下工作，同时排出燃烧废气的风机也在低温下工作， 标准风机就可以满足要求。
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火焰 为 动态 火焰
燃烧 噪音 减小 无高 速气 流噪 声
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低氮燃烧
燃料燃烧生成NOX的机理有三种： 温度型NOX （也称热力型T-NOX ） 快速型NOX （也称瞬时型P-NOX ） 燃料型NOX （F- NOX ）
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第一代再生燃烧技术
80 年代，蓄热式燃烧器 节能效果显著，被称为 第一代再生燃烧技术， 但存在环境和可靠性问 题。
主煤气进口 接四通换向阀
电子点火杆 点火煤气进口 点火空气进口 冷却风进口
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蓄热烧嘴式加热炉
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HTAC两段蓄热式推钢加热炉
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HTAC蓄热式步进加热炉
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a. 管道切换阀，用量多，成本高，维修点多。 b. 升降开闭式四通阀，一个四通阀代替四个切换阀，用 气缸或液压缸带动两根阀杆升降。 c. 二位五通阀，靠气缸或电力驱动。 d. 旋转四通阀，靠气压推动阀杆旋转90°。
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高温空气燃烧技术关键— 稳定燃烧区域
稳定燃烧区域 Ⅲ
空气温度(℃)
Ⅱ 非稳定燃烧区域 Ⅰ
Ⅰ、普通燃烧区域 Ⅱ、高温火焰区域 Ⅲ、高温空气燃烧区域
稀释空气中氧气浓度(%)
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2 技术的先进性



3 历史发展概况
在二十世纪七十年代以前，余热都没有得到充分的利用，炉子系
统的排烟损失。 七十年代起，采用回收烟气显热的技术（换热器），排烟温度降 低，入炉气体温度提高。缺点是NOX排放增加，保温材料和控制技术没 有发展的余地。 八十年代，出现蓄热燃烧器，节能显著， NOX排放大。 九十年代，HTAC技术出现，即节能有环保。


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蓄热体材质和尺寸
蓄热体材质要求：
耐高温、良好传热性能、 抗热震性好、强度高 ；
材质的透热深度、单位体 积的表面积和结构强度要 好；
蓄热体尺寸要求：
尺寸过大，会使蓄热室体 积庞大，换向时间长；尺 寸过小，会使换向时间缩 短得很短，电气和机械设 备都不能适应，换向的损 失也随之增大，还会使蓄 热体在气流的作用下漂浮 起来，破坏稳定状态。
NO 的生成速度：→ d [ NO ] 3 104 [ N ][O ] 2 e 2 2 dt

1 542000 RT
采用蓄热式高温空气燃烧技术，在煤气和助燃空气预 热温度非常高的情况下，NOx含量却大大减少了。
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HTAC在加热炉上的应用
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通道式——管道布置在墙内（墙加厚）
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如切换 时间为 30S， 每年的 动作次 数约为 100万 次，因 而机械 方面的 可靠性 和耐久 性就相 当重要
旋 转 换 向 阀
两 位 三 通 阀
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（1）要求： （2）结构形式：
a. 密闭，对煤气尤重要； b. 灵活； c. 长寿，100万次以上。
HTAC蓄热式锻造加热炉
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环形加热炉
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极限余热回收
传统的预热技术：预热温度<600 ℃ 燃料节约 25-30% 蓄热式预热技术：预热温度800 ℃ -1200 ℃ 燃料节约50-60% 排烟温度降低到200 ℃，甚至更低，接近 极限余热回收。因而 可以向大气环境少排 放CO2 ，大大缓解了 大气的温室效应。
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1 蓄热燃烧技术
它是将高温空气喷射入炉膛，维持低氧状态，同时将 燃料输送到气流中，产生燃烧。空气（气体燃料）温度预
热到8000C～10000C以上，燃烧区空气含氧量在21%～2%，
与传统燃烧过程相比，高空气燃烧的最大特点是节省燃料， 减少CO2和NOX的排放及降低燃烧噪音，被誉为二十一世纪 关键技术之一 （1）技术原理 （2） 系统构成 （3）技术关键