自身预热式燃气烧嘴应用于台车炉的性能优势

自身预热式燃气烧嘴应用于台车炉的性能优势
（采用陶瓷换热器）
前言：感谢最终用户、炉窑公司以及烧嘴制造商三方的精诚合作，本文参考新建台车式热处理炉的相关技术参数，详细阐述了自身预热式燃气烧嘴用于直接燃烧工艺的几种特性。

相关经验可视工况在类似炉型上加以推广。

鉴于全球工业日益增长的能源需求，最终用户对热工设备的性能要求也在不断提升，主要集中在以下三方面：燃气消耗量、温度分部均匀性以及炉内气氛稳定性。

为此，炉窑公司协同烧嘴制造商不懈努力，共同完善终端产品的功能特性。

参考炉型的相关技术参数：
炉型：台车式热处理炉加热方式：直接加热炉内有效空间：2300×1500×9700mm 炉温范围：500～1200℃温差：+/-5K最大装载量：20000kg
烧嘴类型：自身预热式燃气烧嘴烧嘴功率：160kW/支烧嘴数量：共计18支烧嘴总功率：2880kW
图1台车炉型号：HW65-2700-1200
烧嘴系统
直接加热时，安装于烧嘴上的烟气引射器把炉膛内的烟气通过烧嘴排烟管抽出。

烟气引射器作用于烧嘴烟气出口处，利用负压把炉膛内的烟气引出。

烟气引射器所需的引射空气来自于助燃空气支管路。

烧嘴内装有烟气导流管，导引烟气流经陶瓷换热器的外部，预热换热器内部的助燃空气，最后经烧嘴引射器与空气混合并冷却后排出。

烧嘴因助燃空气的预热，一方面提高了燃烧热效率，另一方面降低了单位耗气量，由此达到节能减排的效果。

烧嘴关闭时，为防止炉膛内高温烟气回流至烧嘴，引射器上装有一个机械式烟气挡板或电磁蝶阀，在烧嘴关闭时会自动关闭。

烧嘴自备独立点火腔，其高效的点火效果确保了烧嘴运行的安全稳定性。

标准配置烧嘴通常采用开/关运行模式。

如有需要，进行相应配置后也可实现其他运行模式。

烧嘴出厂前均在工作炉温下进行了预调试，供货系统包括烧嘴、引射器（图2）、燃气/空气支管路及电磁阀、烧嘴燃烧控制器等。

烧嘴采用模块化设计，根据现场工况，各气体接口方向可以进行90°的旋转。

相应缩短了现场调试进程。

诺玛特自身预热式燃气烧嘴（陶瓷换热器）系列覆盖9kW-160kW的不同功率输出。

图2诺玛特自身预热式燃气烧嘴（陶瓷换热器）直接加热
控制系统
如上所述，烧嘴助燃空气供应推荐使用可调速的风机。

无论炉子是否为满负荷运行，烧嘴均能获得相对稳定的助燃空气接口压力。

通过PLC程序控制将烧嘴启动信号传递给烧嘴燃烧控制器，后者将自动完成从打开空气/燃气电磁阀进行点火到火焰监测的整个程序。

操作人员的电脑通过加装特制的参数软件“NoxSoft”，可以在现场调试时更改除安全参数以外的参数设定，例如：烧嘴最短的持续燃烧时间、烧嘴的关闭门槛等；如遇故障，也可借此从控制器中读取故障的类型及代码，从而快速查找故障原因并及时清除，提高现场调试工作效率。

图3为自身预热式燃气烧嘴用于直接加热情况下的系统示意图。

图3带引射器的自身预热式燃气烧嘴运行模式：开/关
炉内气氛
通常情况下多为含氧量2%～4%的弱氧化气氛。

当只有少量烧嘴运行或短期内无烧嘴运行时，应尽量避免过多空气进入炉膛，对应高温炉膛，不但会造成能量的多余消耗，而且徒增了工件表面氧化皮的烧损，降低成品率。

炉子非满负荷运行时，炉内气氛的氧含量推荐值约低于5%;如炉温高于1200℃时，氧含量推荐值约低于2%。

助燃空气供应方面，空气蝶阀的少量泄漏量除供应引射器外基本可以实现完全关闭；烧嘴启动的吹扫空气量极少，烧嘴在一秒钟内即实现稳定燃烧，从而避免多余空气进入炉膛，同时降低氮氧化物的排放。

炉膛压力
直接加热时，相对恒定的炉膛压力对炉子的热处理过程至关重要，通常情况下为微正压（+0.1～+0.5mbar）控制。

过低的压力会加剧大量空气进入炉膛，形成“冷风槽”；过高的压力则会导致炉内高温烟气从炉壳、炉门及台车接合的缝隙处外漏，损毁邻近的原件，增加设备的维护更换负担。

在相对恒定的炉膛压力前提下，启动自身预热式燃气烧嘴后，烟气即通过烧嘴引射器被吸出炉膛，通过调整引射器空气流量可以相对调节炉膛压力。

加强炉壳、炉门及台车接合处的密封可以显著改善炉子的漏风现象。

采用低损耗设计的气动式密封替代机械式密封方式，可以在旧炉改造项目上推广实施，从而更好的优化其加热工艺流程。

温度分布均匀性
有效炉膛内温度分布的均匀精度对热处理炉的热效率具有决定性的影响。

以此两炉为例，当炉温介于500℃～1200℃时，各特定测量点测量的数据显示其温差为+/-5K的高均匀精度。

这主要得益于烧嘴的以下特点：
-高速火焰出口速度-130米/秒炉膛内气氛得以充分搅拌循环
-烟气经再循环后通过各自烧嘴分散排出
-点火成功后烧嘴一秒钟内进入满负荷运行相应缩短烧嘴的持续燃烧时间避免超温
节能减排
不断飞涨的天然气价格推动了热能再利用的制度化进程，由此产生的经济效益日渐突出。

自身预热式烧嘴的燃烧技术将高温烟气的热能再利用设想变为可行。

以助燃空气预热效果及节能效果为参考，将中央换热器（集中式热量回收）及通过自身预热式烧嘴换热方式（分散式热量回收）作以对比，如图4所示，因助燃空气预热温度的再度提高所体现的节能潜力效果显著。

伴随着助燃空气的充分利用，温室气体CO2的排放量也将大幅降低。

采用分散式热量回收系统，助燃空气直接在烧嘴内被预热，省去了热风管道供应途中的热损，以更低的设计施工投入换来更高的预热效果；炉壳采用纤维作密封材料，从炉体方面完善了节能设计，加之烧嘴的维护工作量较少，自身预热式燃气烧嘴无论在燃烧技术以及施工维护方面都值得作为节能减排方案的首选推荐。

图4助燃空气预热的节能潜力
运行体验
经过几年的运行反馈，两台热处理炉的各项指标均满足最终用户的设计预期。

节能效果通过采用自身预热式燃气烧嘴、气动密封炉门及台车得到了完美的体现。

自身预热式燃气烧嘴运行状况良好，设备维护期间，技术人员检查烧嘴电极的同时核查烧嘴的运行数据，并进行烟气分析检测，数据显示设备各环节运行良好，无需其他的维护工作。

综述
综上所述，炉体设备的很多方面蕴含着节能潜力，热能再利用、炉内气氛合理控制、温度均匀分布设计以及优化施工程序只是其中的一部分，科学地使用自身预热式燃气烧嘴的燃烧技术可以直接体现节能减排的开发潜力。

北京诺玛特能源技术有限公司
2011年9月6日。