蓄热式高温燃烧技术在工业炉领域的应用

　　包头钢铁学院学报蓄热式高温燃烧技术在工业炉领域的应用梁春魁\李义科2，任雁秋2，张胤3（1.包头钢铁设计研宄总院，内蒙古包头014010；包头钢铁学院能源与环境工程学院，内蒙古包头0140103包头钢铁学院冶金工程研宄所，内蒙古包头014010）领域应大力实施和推广这一项节能技术措施，以提高工业炉能源利用率，减少环境污染。

　　1蓄热式高温燃烧技术的原理蓄热式高温燃烧技术的基本原理如所示（以单预热空气为例）蓄热式高温燃烧装置必须成对配置。在A状态时，当常温空气经换向阀进入蓄热室1后，被蓄热室内己在上一周期工作状态下完成载热的蓄热体加热，在极短的时间内空气由常温被加热到接近炉膛温度（一般比炉膛温度低100~200*C）这种高温空气通过专门设计的喷口喷入炉膛后，抽引周围的炉气形成氧的体积分数大大低于21 %的稀薄贫氧高温气流，与同时注入的燃料相遇，即可实现燃烧。燃烧后的烟气流经炉膛空间，与被加热物料完成热交换后被吸入到对侧的蓄热室2内。高温烟气通过蓄热室2时又将自身显热释放给蓄热室2内的蓄热体，变M200*C的低温烟气，然后经过换向阀、排烟机、烟囱排入大气中。

　　在一定的时间间隔即换向周期后，控制系统发出换向命令，换向阀动作，改变空气和烟气通道，A状态变为B状态。在B状态下，常温空气经换向阀进入蓄热室2内被加热，喷入炉内与燃料混合燃烧；与被加热物料完成热交换后的高温烟气又经过蓄热室1后降温，并通过换向阀、排烟机、烟囱排入大气。

　　就这样，通过在<200C烟气温度下工作的换向阀，以一定的工作频率进行周期切换，使得2个蓄热室始终处于蓄热与放热的交替工作状态，连接2 *：2⑴2―基金项目：国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目（0104001）1<作者筒介：1963-内蒙古包头1人1个蓄热室的2个喷口也始终处于交替供应高温空气和排烟工作状态，配合同时交替供入的燃料，完成连续供热和排烟过程。

　　蓄热式煤气预热机理与空气预热是完全相同的。

　　这种蓄热式高温燃烧技术的火焰燃烧机理有别于常规烧嘴火焰的燃烧机理。蓄热式高温燃烧是使得高温空气与煤气（或高温煤气）在炉膛内边混合边燃烧，不具有明显的火焰形状，其燃烧边界几乎扩至炉膛边界，无局部过热点存在。当高温空气（或煤气）的温度高于着火温度时，如果燃料扩散及混合并进入可能的着火浓度范围时，燃烧反应会自发地进行，不需要任何火焰稳定机制就可以保证稳定的火焰燃烧。

　　2蓄热式高温燃烧技术的特点和发展音义目前资源和环境问题日益突出，工业炉是能源消耗的大户，应全面推行高效、清洁的生产技术。

　　蓄热式高温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，是满足当前资源和环境要求的先进技术。

　　目前，在工业炉烟气的回收利用方面，除蓄热式燃烧技术以外，国内外较普遍采用的是在烟道上设置回收烟气的余热装置一空（煤）气预热器（或称为空（煤）气换热器）来回收炉尾烟气带走的热量。采用这种办法虽然可以降低排烟温度，增加进入炉的目的，能够取得一定的节能效果，但仍存在以下问题：其回收热量的数量有限，炉子热效率一般都在60%以下；空气预热器一般采用金属材料和陶瓷材料。前者价格贵、预热温度低；后者设备庞大、寿命短、维修困难、漏风率高；从燃烧器的角度来看，助燃空气的预热温度提高以后，火焰区的体积越来越小，火焰中心的温度也越来越高，炉膛内存在局部的高温区，这样对于工业炉来说，容易使被加热物料产生局部过热，同时也会对炉膛内局部耐火材料和炉内金属构件的寿命造成影响；助燃空气预热温度的增高会导致火焰温度增高，同时烟气中NOx的排放量大大增加，会对大气环境造成严重的污染。

　　蓄热式高温燃烧技术的诞生使得工业炉炉膛内温度分布均匀化问题、炉膛内火焰燃烧范围的扩展问题、炉膛内温度自动控制手段问题、炉膛内的强化传热问题、炉膛内火焰燃烧机理的改变等问题有了新的解决措施。

　　蓄热式高温燃烧技术的主要优势在于：由于蓄热式高温燃烧技术其排烟温度的显著降低，因而与常规余热回收工业炉相比其节能潜力巨大，特别是对低热值燃料如高炉煤气，平均节能25%以上，因而也可以说是少向大气环境排放CO225%以上，大大缓解了大气的温室效应。

　　与常规烧嘴供热相比，特别是与侧烧嘴相比，蓄热式高温燃烧扩展了火焰燃烧区域，火焰的边膛助燃空（：媒洛的喘筐遇。收部分烟气热量命界gWX炉膛的边界b并且是从炉膛两侧交e替供热，交替排烟，从而使得炉膛内沿炉膛宽度方向温度均匀，从而大大提高了产品的加热质量。

　　与常规工业炉相比，蓄热式高温燃烧不需要预热段，全部炉膛都是加热和均热区，高温炉膛强化了炉内的传热，导致同样产量的工业炉其炉子长度尺寸可以缩小20%以上。换句话说，同样长度的炉子其产量可以提高20%以上，使缺乏前后空间又要加炉子产量的旧炉子改造有了*佳选择方案。但需要注意的是，对于某些限制入炉温度的合金钢和高碳钢加热是不宜采用的。

　　与使用常规烧嘴的工业炉相比，由于蓄热式高温燃烧技术其火焰不是在燃烧器中产生的，而是高温的空（煤）气在进入炉膛空间后才开始扩散燃烧形成的，因而燃烧噪声低。

　　采用传统的节能燃烧技术助燃空气预热温度越高，燃烧后形成的火焰温度也越高，烟气中NOx含量也越大；而采用蓄热式高温燃烧技术在助空气预热温度非常的情况下，由于在炉膛内开始是贫氧燃烧，正符合降低烟气中NOx浓度的两段式燃烧机理，因而烟气中的NOx含量反而大大减少了。

　　与使用常规烧嘴燃烧器的工业炉相比，采用蓄热式高温燃烧技术的炉子，其高温空气通过专门设计的喷口喷入炉膛后，抽引周围的炉气形成氧的体积分数大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，与同时注入的燃料相遇而实现燃烧。因而炉膛内的初始燃烧为贫氧燃烧，产生微还原性烟气，从而使被加热物料的氧化烧损大大减少。

　　蓄热式高温燃烧技术扩展了高炉煤气的利用。由于空（煤）气预热温度的提高，可以使高炉煤气的理论燃烧温度提高，同时使高炉煤气的点火变得更加容易。因此，采用蓄热燃烧技术后，高炉煤气可以用于各种需要高温的工业炉。

　　3蓄热式高温燃烧技术在加热炉上的实际应用包头钢铁设计研究总院开发设计的全套蓄热式高温燃烧系统己成功地应用在青岛钢铁公司第2线材厂加热炉上，该加热炉由原来的烧重油改为烧纯高炉煤气，空气和煤气同时被预热到近1000*C.于2000年4月投产运行，己安全可靠运行近2a 6元（市场价）计；（内部核算价）计。

　　8万元/a）万元/a节约的炉子维修费用效益由于克服了炉子强化燃烧所导致的一系列恶果，据统计每年可节约炉子维修费用约100万元/a.万元/a= 06万元。

　　也就是说，对于烧重油的炉子来讲，不到4个月就可以收回全部投资，投入产出比非常高。其它经济效益和社会效益：业率带来的经济效益；4亿m3带来的环境保护效益；"改善生产环境和降低工人劳动强度带来的社会劳动保护效益等。

　　承德钢铁公司连轧厂在其60万t/a改造工程中，加热炉也采用了包头钢铁设计研究总院研制开发的蓄热式高温燃烧技：术于2000年12月投产运行，运行效果良好。由于该加热炉使用的是热值高达9 200kJ/m3的混合煤气，因而采用了只预热空气的改造方案。在炉子长度未变的情况下，改造前即使强化加热也难达到80t/h产量的炉况，改造后正常加热情况下就轻松达到了100t/h的设计产量，空气预热温於1000 *C据统计，节能20%~25%，1.改造刖*重油时厉单耗乓‘hblish效g益在毁骑元趟