钢铁行业蓄热式燃烧技术规范

《钢铁行业蓄热式燃烧技术规范》行业标准编制说明
一工作简况
1任务来源
根据工信部工信厅科[2009]104号“关于印发2009年第一批行业标准制修订计划的通知”中规定，由冶金工业信息标准研究院负责组织制定《钢铁行业蓄热式燃烧技术规范》行业标准。

本项是根据国家节能减排精神和钢铁行业结构调研的要求，2009年初由中国钢铁工业协会提出有关蓄热式燃烧技术推广和市场准入的标准项目并提交上级主管部门立项。

2 工作过程
2.1开展的阶段工作
立项批准后，由冶金工业信息标准研究院牵头组织专家走访有关生产、设计、使用、施工等单位，了解国内蓄热式燃烧技术应用情况，同时收集国外有关技术资料及应用情况，并成立了标准起草小组，这些工作都为制定标准打下基础。

2009年元月至2009年6月底开展国内外调研和收集工作；
2009年7月8日召开标准工作组第一次工作会，讨论标准初稿，并确定工作分工；
2009年7月13日发出160多份关于对钢铁行业蓄热式燃烧技术应用情况调查表,现回32份意见.
2009年8月13日在收集整理国内生产应用调查的基础上，召开第二次标准工作组会议，修正并讨论标准稿。

2.2国内外情况调研
从国内外蓄热式燃烧技术发展看，早在1858年出现了蓄热式回收余热装置，1950’S 考贝尔和西门子发明了炼铁炉和炼钢炉的蓄热室，而后广泛应用于热风炉和焦炉等回收烟气余热来预热空气，但由于体积庞大，蓄热体厚，换向时间长，预热温度波动大，热回收率低，无法推广应用。

直到80年代，英国燃气公司（British Gas）开发了蓄热式烧嘴，同时期，在欧洲出现的一种以陶瓷球为载体介体的蓄热式回收废热系统，1984年英国Hotwork和British Gas 公司推出的紧凑型蓄热室，均使得燃烧空气预热温度可以在工业生产条件下，稳定地达到1000℃，称为RCB型烧嘴（Regenerative Ceramic Burner），主要特点是将燃烧器与蓄热室余热回收装置结合一体，介质预热温度比金属换热器高许多。

1984年首次应用于Avesta Sheffild公司的不锈钢退火炉，1988年在Rotherham Engineering Steel公司的大方坯步
进梁式炉上全面应用。

在英国钢铁公司（BSC）的热处理炉和步进式加热炉上也得到了应用。

20世纪90年代初，日本一些企业利用蜂窝陶瓷体代替陶瓷球蓄热介质获得了更为有效的蓄热换热效果。

这些技术大大提高了烧嘴的预热回收能力和空气预热能力，使得热利用效率显著提高，节能效果十分显著。

NKK日本钢管公司于1996年在福山厂热轧加热炉上全面采用蓄热燃烧技术，目前在热轧加热炉、厚板加热炉、钢管加热炉、钢包加热炉上均有采用，燃料有城市煤气，焦炉煤气，液化石油气，重油和煤油等。

美国也是在二十世纪八十年代初开始研制蓄热式烧嘴，因为一个系统有两个蓄热床，故又称双蓄热床烧嘴系统。

在八十年代有因兰公司在镀锌生产线上的辐射管炉中应用，Marion 钢铁公司在三段炉上应用，以及新泽西公司等也在应用。

中国自二十世纪八十年代也开始有国外译文介绍，八十年代中后期国内热工界也开始研究新型蓄热式燃烧技术，建立了专门的陶瓷球蓄热式实验装置。

东北大学、北京科技大学、中南大学、机械部第五设计研究院、冶金部鞍山热能研究院等对此技术都有研究，但是工业应用很少。

２０００年后国内突然大量应用蓄热式燃烧技术改造或新建各种工业炉窑，尤其是钢铁行业为主，并出现各种应用形式,同时也出现各式各样的问题.
3 参编单位及工作组成员
本标准由冶金工业信息标准研究院负责组织协调，吸收国内有影响的设计、生产、施工、科研院所、大专院校、使用单位等参加标准的起草工作，根据工作需求确定了参加本标准起草单位为：冶金工业信息标准研究院、中钢集团鞍山热能研究院有限公司、韶关钢铁集团有限公司、济钢国际工程技术有限公司、北京神雾热能技术有限公司研究院、中冶东方工程技术有限公司等。

二标准编制原则和主要内容
一）制定原则及目的意义
1．编制原则
①应体现国家的节能减排和钢铁行业振兴规划的精神，对蓄热式燃烧技术有关范围做出规定，指导和评价这项技术应用。

②落实科学发展观，体现科技进步和加强市场引导。

③体现技术经济的精神，加强市场准入要求，规范市场。

④结合国内国外的实际情况，体现客观实际，制定合理的技术要求。

2．编制本标准的目的和意义
国内自二十世纪九十年代末期将蓄热式燃烧技术开始应用于对空气和煤气进行双预热并获得了成功，其良好的节能效果引起热工界的高度关注，２０００年后国内突然大量应用蓄热式燃烧技术改造或新建各种工业炉窑，尤其是以钢铁行业为主，并出现各种应用形式．由于对于这项全新的节能新技术缺少相关标准，国内钢铁企业在选择和应用该技术的过程中容易出现各式各样的问题．各高等院校及研究院所主要着重对其燃烧机理,传热机理,蓄热体阻力特性等理论研究,缺少应用方面的研究，国内急切需要相关的应用规范,以正确引导该技术的应用,促进钢铁行业工业炉窑的健康发展,实现该技术的应有节能和环保效果.
二）标准技术内容
本标准内容分十五章，以下结合各章内容分别作出说明．
１．总则
本章主要对标注目的、意义、适应范围等作出规范. 工业炉除蓄热式燃烧系统以外的技术、材料、设备选择，安装、验收、生产操作与维护过程参照相关工业炉设计规范。

该技术具有高效节能、低污染物排放及增加冶金炉加热能力等优点，可获得高效节能和环保的双重效果，但并不排斥其他节能技术在工业炉上的应用。

1.1为了保护和改善生态环境与生活环境，实现冶金行业节能减排，充分回收工业炉窑的高温烟气余热，提高工业炉窑热效率，减少烟气对大气的污染或公害，充分发挥蓄热式燃烧技术的节能和环保效果，特制定本规范。

1.2本规范规定了工业炉窑的蓄热式燃烧技术设计、设备选型、安装、验收、生产操作与维护过程。

1.3蓄热式工业炉窑的工艺流程和主要设备的设计与选择，在本规范基础上结合实际，因地制宜，并经过技术方案优化和经济比较后择优确定。

1.4蓄热式工业炉窑的生产操作与维护，在本规范基础上应结合实际配备专门操作、维护及管理人员。

1.5 蓄热式工业炉窑的建设与管理除应遵循本规范外，应符合国家现行相关的法律、法规和相应标准。

2.规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB3095-1996 环境空气质量标准
GB9078-1996 工业炉窑大气污染物排放标准
GB12348-1990 工业企业厂界噪音标准
GB50486-2009 钢铁厂工业炉设计规范
GB50309-2007 工业炉砌筑工程质量验收规范
GB/T 9079-1988 工业炉窑烟尘测试方法
GB/T 17195-1997 工业炉名词术语
GB/T13338 工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则
３．术语和定义的确定
为统一行业关于蓄热式燃烧技术中所涉及的说法，在标准中规定不会引起歧义，特将经常出现的专业名词加以提出，并给于定义。

本标准中提出了9个术语。

GB/T17195-1997中确立的以及下列术语和定义适用于本标准.
蓄热式燃烧
采用蓄热式烟气预热回收装置，交替切换空气或气体燃料与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下，将燃烧空气预热到800℃甚至1000℃以上，形成与传统火焰迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内均匀的温度分布的燃烧技术.
蓄热烧嘴式
蓄热烧嘴式将燃烧器与蓄热室余热回收装置集成一体配成一对类似常规烧嘴的燃烧系统，每个蓄热式烧嘴周期性使用。

一座炉子往往由多对蓄热式烧嘴供热的蓄热燃烧方式。

内置蓄热室
内置蓄热室是把蓄热室安装在炉子底部，同时在炉墙内浇注出通道和喷口，并与高效余热回收装置结合成一体，形成集供热、排烟和余热回收于一体的集成式蓄热燃烧方式。

外置蓄热箱
外置蓄热箱式是介于内置蓄热室和蓄热烧嘴式之间的一种结构形式。

其特点是把内置蓄热室式的蓄热室和高温通道放在炉体外，通过与炉内喷口的直接连接形成外置蓄热系统，可
以采用集中换向和集中的蓄热箱布置，也可以采用分散换向和分散组合的蓄热箱布置。

单体式自身蓄热烧嘴
由空气进口、煤气进口、网状蓄热体、导流片、空气侧排烟出口、煤气侧排烟出口、烧嘴外壳组成的单体式自身蓄热烧嘴，其特征在于，烧嘴外壳由耐热钢焊接而成，保温材料紧贴烧嘴外壳内表面，十字形耐热铸件把烧嘴内部分成四格，每格内填充直通网状蓄热体，适合于各种火焰炉，具有体积小，结构简单，控制方便，NOx生成少等优点
辐射管式
把蓄热式燃烧技术应用于辐射管加热，在辐射管体前设置蓄热室，通过换向阀高频切换，使助燃空气高温预热。

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，这样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，又可增加火焰的辉度，增强其辐射能力。

蓄热体
蓄热体作为蓄热室余热回收设备的核心材料承担着冷热介质热量传递的任务。

换向周期
蓄热燃烧系统从一次供风经蓄热室预热开始，到经过一次换向后该蓄热室一次排烟结束所需要的时间为一个换向周期。

换向阀
蓄热燃烧系统中承担空气或煤气介质方向改变的阀门称为空气换向阀或煤气换向阀。

换向阀同时是连接蓄热室管道供气和排烟的切换阀门。

４．原理与流程
蓄热式燃烧技术的原理与流程简单,其技术优势主要体现在对烟气余热的极限回收,即将烟气温度降低到其露点附近,并将回收的热量用以加热助燃空气或气体燃料至传统换热技术所不能达到的温度,即比炉内烟气温度稍低的温度.所以不管技术应用形式\蓄热体材料\换向设备有何不同,其原理与流程是相同的.
4.1原理
蓄热式燃烧技术采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或气体燃料与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下，助燃空气或气体燃料可预热到1000℃以上，促进炉内均匀温度分布。

4.2 流程
如图所示：在A状态下鼓风机的空气经换向系统分别进入左侧通道,而后由下向上通过
蓄热室。

被蓄热体预热后的空气从左侧通道(或烧嘴)喷出并与燃料混合燃烧。

燃烧产物对物料或炉体进行加热后进入右侧通道(或烧嘴)，在右侧蓄热室内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以180℃以下的温度进入换向系统，经排烟机排入大气。

经过半个换向周期以后控制系统发出指令，换向机构动作，空气换向或空气、煤气同时换向。

将系统变为 B 状态。

此时空气从右侧通道(或烧嘴)喷口喷出并与燃料混合燃烧，这时左侧喷口(或烧嘴)作为烟道。

在排烟机的作用下，使高温烟气通过蓄热体后低温排出，一个换向周期完成。

单预热助燃空气时只有空气经过蓄热室预热，同时预热助燃空气和煤气燃料时，另有一套和以上原理相同的蓄热系统作为煤气预热。

改为：A 状态下：
B 状态下：
4.3通过组织贫氧状态下的燃烧，可减少高温热力氮氧化物的产生量，符合GB9078要求。

５．适用条件
蓄热式燃烧技术的适用条件根据其燃料\炉型等生产条件不同应作不同设计.
5.1蓄热式燃烧技术可以适用于钢铁行业加热炉、热处理炉、烘烤装置等工业炉窑的各种炉型。

鼓风机引风机换向阀
蓄热体
蓄热体空气烟气图中未示出煤气换向系统
A状态
B状态
鼓风机 换向阀 蓄热室左 加热装置 蓄热室右 引风机 蓄热室左 引风机
加热装置 蓄热室右 换向阀 鼓风机
5.2蓄热式燃烧技术可以适用于不同燃料的工业炉窑.有烧高炉煤气双预热、烧混合煤气双预热或单预热、烧转炉煤气双预热、烧发生煤气单预热以及烧煤单预热等多种燃料适应形式。

其中以高炉煤气双预热效果最好。

5.2.1燃油炉可采用陶瓷瓦片做蓄热体，顺流式安装，需定时清洗更换，采用重油不换向，助燃空气单预热方式。

5.2.2高炉煤气炉采用高炉煤气和助燃空气双预热，燃烧温度高,全炉热效率高,排烟损失小,节能效果明显。

5.2.3混合煤气炉主要有双预热和单预热，主要根据其混合比或发热值来定。

低热值用双预热，高热值用单预热。

双预热时空气和煤气都换向。

单预热时分煤气换向和煤气不换向，其中煤气换向用得较多，煤气不换向主要用于小型工业炉窑。

煤气不换向，空气换向单预热按空气喷嘴和煤气喷嘴的分布分为顺流式，逆向式，垂直式三种。

5.2.4对于含尘大的燃料，如煤、发生炉煤气等，应在烟气入口设计集尘装置。

5.3对于燃料与燃烧产物水当量不平衡的工业炉窑可以在采用蓄热式燃烧技术时,可以考虑用换热器的副烟道。

６．应用形式分类与技术要求
应用形式选择是按该技术的核心部分―蓄热室的布置来分类的。

蓄热室集供热、排烟和余热回收于一体而成为该技术的中枢，其他设备和工艺的变化都必须以此为基础。

用户在选用哪种结构形式时要综合考虑燃料种类、场地大小、投资额度等因素，选择适合自己的结构形式。

6．1 一般要求
应用形式选择是蓄热室的布置形式的选择，其他设备和工艺的变化应以此为基础。

基本要求蓄热室阻力损失应不大于3000Pa，用户应根据实际情况选择以下结构形式。

①蓄热式烧嘴
蓄热式烧嘴的主要特点是将燃烧器与蓄热室余热回收装置集成一体配成一对类似常规烧嘴的燃烧系统，每个蓄热式烧嘴周期性使用。

一座炉子往往由多对蓄热式烧嘴供热。

特点:蓄热式烧嘴以其调节灵活性，炉型选择的多样性，对不同工艺要求的适应性等优点成为蓄热式高温空气燃烧技术未来发展的一种很重要的方式。

②内置蓄热室
内置蓄热室式的特点是把蓄热室安装在炉子底部，同时在炉墙内浇注出通道和喷口，并与
高效余热回收装置结合成一体，形成集供热、排烟和余热回收于一体的集成式工业炉。

其优点是把蓄热室、介质通道和喷口都集中在炉体内，减少了外部高温管道，占地少，系统布置简单，加热能力不受设备体积和布置方式的限制，供热能力设计余地大。

由于喷口的简化为喷口的设计提供了多种选择来满足加热质量的需要。

③外置蓄热箱式
外置蓄热箱式是介于内置蓄热室和蓄热烧嘴式工业炉之间的一种结构形式。

其特点是把内置蓄热室式的蓄热室和高温通道放在炉体外，通过与炉内喷口的直接连接形成外置蓄热系统，可以采用集中换向和集中的蓄热箱布置，也可以采用分散换向和分散组合的蓄热箱布置。

其特点是蓄热室的设计可以根据现场需要灵活设计，同时可以增加上下蓄热室的调节手段。

其次喷口的设计更灵活，同时带来喷口换向燃烧方式的灵活，既可异侧换向，也可同侧换向。

喷口燃烧组合也更具多样性。

另外，对蓄热系统设备的选择适应性广。

④单体式自身蓄热烧嘴
由空气进口、煤气进口、网状蓄热体、导流片、空气侧排烟出口、煤气侧排烟出口、烧嘴外壳组成的单体式自身蓄热烧嘴，其特征在于，烧嘴外壳由耐热钢焊接而成，保温材料紧贴烧嘴外壳内表面，十字形耐热铸件把烧嘴内部分成四格，每格内填充直通网状蓄热体，适合于各种火焰炉，具有体积小，结构简单，控制方便，NOx生成少等优点，特点:对于旧炉子改造有投资省的优点.
⑤蓄热式辐射管
把蓄热式燃烧技术应用于辐射管加热，在辐射管体前设置蓄热室，通过换向阀高频切换，使助燃空气高温预热。

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，这样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，又可增加火焰的辉度，增强其辐射能力。

７．燃烧系统
7.1 应符合本标准规定，同时符合设计要求。

7.2蓄热式烧嘴设计对蓄热室结构的要求主要根据具体生产单位工业炉窑的炉膛尺寸，选择合适的蓄热箱结构和蓄热体。

7.3燃烧喷口(或烧嘴)的形状、大小以及相对位置应根据工业炉窑燃料种类、炉膛尺寸、供热量大小与分布来计算与设计。

燃烧系统设计说明：
①燃烧喷口(或烧嘴)的设计
燃烧喷口(或烧嘴)的形状、大小以及相对位置对于燃烧影响很大，尤其是对火焰在炉膛的分布影响。

要求根据工业炉燃料种类，工业炉炉膛尺寸，主要是炉宽尺寸，还有供热量大小与分布来计算与设计燃烧喷口的形状、大小、相对位置。

蓄热式烧嘴设计对蓄热室结构的要求主要根据具体生产单位工业炉的炉膛尺寸，选择合适的蓄热箱结构和蓄热体。

②炉体结构设计按照工业炉相关设计标准设计，对于内置蓄热室要充分考虑各喷口部分炉体的受压强度、传热特性、热稳定性，确保墙体不产生裂纹，变形开裂，蹋陷短路。

８．蓄热体
8.1材料
蓄热体材质应具有不破裂、不板结、一次使用寿命8000h以上，筛选后重复使用次数3次以上。

一般采用堇青石、高铝、莫来石、刚玉等材料。

8．2形状与堆积高度
8.2.1蓄热体形状有：球状、蜂窝状、直通网状、片状、管状等。

8.2.1 蓄热体堆积高度与蓄热体尺寸、换向周期和排烟温度等有关。

8.3技术指标
蓄热体性能要求如下：
比表面积（m2/m3）：200 ~1300
导热系数，常温W/(m.K) ≥0.8-1.5
比热 (kJ/kg.k）≥20-1000
热稳定性：1100℃水冷次数≥15
蓄热体选择说明：
①蓄热体选择主要要求有：正确的形状、比表面积、导热性能、透热深度、耐火度、比热、密度、热稳定性、高温耐压强度，抗渣浸蚀能力和抗水浸蚀能力等。

蓄热体尺寸选择要求比表面积达到200~1300m2/m3，并根据蓄热体材料与换向周期等确定。

蓄热体结构形状以球状、蜂窝状、直通网状、片状、管状等。

蓄热体堆积高度要求根据蓄热体尺寸与换向周期和排烟温度等确定。

②蓄热体材质根据实际烟气，温度和烟气成分选择，主要有堇青石、高铝、莫来石、刚玉等几种常用材质，高效长寿蓄热体要求提高材料的热稳定性，导热性，高温耐压强度，抗渣浸蚀能力和抗水浸蚀能力。

要求不破裂，不板结，一次使用寿命8000小时以上，筛选后重复
使用次数3次以上。

③蓄热体的使用与维护，首先一定要有效地控制排烟操作，避免蓄热室超温和煤气在蓄热室的二次燃烧。

其次在生产中减少氧化铁皮的吸入，氧化铁皮的熔点低，极易熔化附着在蓄热体上，造成蓄热体板结
９．换向系统
9.1换向阀
9.1.1 换向阀有：二通, 三通，四通，五通等种类。

9 .1.2换向阀应符合国家阀门标准规定，同时符合设计图纸要求，使用寿命达100万次以上。

换向阀一般技术要求：
垂直运动的四通阀体积较大，换向动作过程中气密性差，优点是结构简单，换向阀体不磨坏，换向到位后气密性好，对带尘煤气适应性强，适应于煤气含尘量高的厂家及墙内通道集中蓄热方式。

旋转运动的四通阀体积小，换向动作过程中气密性好，换向阀体旋转运动接触面有摩擦，要有较好的间隙补偿装置。

对带尘煤气适应性差，其本身要有除尘功能，适应于煤气含尘量低的厂家及蓄热烧嘴方式。

9.2 换向动力系统
可以采用气动系统、液压传动、电动系统、电液传动等。

换向动力系统选择说明：
气动系统输出力小，故障多，输出力受气源影响大，要求气源无油，除水，压力为0.5~0.7MPa。

适应于有干净气源，垂直运动需输出力小的四通阀。

气动系统控制简单，维护工作量小。

液压传动有调节方便，输出力大，控制简单，冲击力小等许多优点，适应于缺少良好气源的厂家。

但需要液压站等附属设备，维护工作量大。

电动系统的缺点是控制系统较复杂，且故障多，耐久性差，可靠性差。

电液传动具有液压传动的优点，且体积小，结构简单。

１０．供风与排烟系统
10.1鼓风机进风口配消声器和调节阀、供风管路设置流量计和调节阀。

10.2蓄热室的烟气出口温度为180℃以下，经蓄热室至排烟管路由引风机抽至烟囱而排出，选定的引风机风量和压力低，如果采用空气与煤气双预热，需要两台引风机。

引风机前设置
控制炉压的调节阀。

说明：供风与排烟系统说明工业炉采用蓄热式燃烧技术后，由于助燃空气所需压力仅为3~4kPa，所需鼓风机的风量和压力低，可以节约电力消耗。

鼓风机进风口配消声器和调节阀。

供风管路设置流量计和调节阀。

工业炉采用蓄热式燃烧技术后，不需要常规的烟囱排烟，节约烟囱投资。

１１．烘炉点火烧嘴
11.1对于低热值燃料，要求设置高热值燃料的烘炉点火烧嘴。

11.2对于高热值燃料除蓄热烧嘴式外，要求另设置相同燃料的烘炉点火烧嘴。

11.3对于高热值燃料蓄热烧嘴，可设置蓄热烧嘴点火器或另设点火烧嘴。

１２．热工监测与自动控制
12.1工业炉窑设炉顶温度检测点，对炉温进行自动控制(按操作参数)，炉温波动范围为１０℃-３０℃，根据加热工艺要求确定；设排烟温度检测，工作温度：20℃-200℃；也可设蓄热室温度检测，工作温度：400℃-1350℃。

12.2工业炉窑设压力检测点，分别对炉膛压力、空气总管压力检测、煤气总管压力（燃料为煤气时）。

另设煤气低压声光报警(≤4kPa)，超低压(≤3kPa）和鼓风机停电时自动切断主管煤气。

12.3工业炉窑炉旁及主要操作点(炉尾、炉头、换向阀站、煤气操作阀台)设固定的CO合量的检测和报警。

12.4工业炉窑设流量检测点，并对空、燃比实行自动比例调节。

12.5换向自动控制系统
换向控制系统设计可采用延时程序和逻辑顺序程序相结合来实现。

可用PLC来控制，实现定温换向，定时换向，强迫换向，超温报警等功能。

简单可靠，又可设置系统自我保护功能，从而使换向系统安全可靠。

换向阀应控制换向时间，避免蓄热室超温和煤气在蓄热室的二次燃烧。

１３．环境保护与安全措施
13.1环境保护
13.1.1一般要求。