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高效蓄热式燃烧技术（HTAC）

作者：北京山鑫海达科技发展有限公司

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一、高效蓄热式燃烧技术简介

高效蓄热式燃烧技术（High Temperature Air combustion-HTAC或Highly preheated Air一种全新型燃烧技术。它具有高效烟气余热回收和高预热空气温度、低Nox排放等多重优越性。国外大量的实验研究表明，这种新的燃烧技术将在近期对世界各国以燃烧为基础的能源转换技术带来变革性的发展，给各种与燃烧有关的环境保护技术提供一个有效的手段，燃烧学本身也将获得一次空前完善的机会。该技术被国际公认为是二十一世纪核心工业技术之一。

1、国外高效蓄热式燃烧技术的发展应用情况

1981年英国Hotwork公司和British Gas公司合作研制成功了最早型蓄热式烧嘴，体现了在烧嘴上进行热交换分散式余热回收的思路。1984年两公司合作改造了Avesta shetfieled公司的不锈钢退火生产线，在加热段设置了9对蓄热式烧嘴，烧嘴装在侧墙上，炉内温差也只有±5℃，热处理能力从30t/h提高到45t/h，单耗仅为1GJ/t,既节能又增产，使该技术在欧洲、美国得以推广应用。

日本考察了该技术的应用情况之后，决定引进优化，降低Nox的排放量，以达到日本国标。该技术在日本称之为强循环再生燃烧系统（HRS），HRS的基本理论研究及商业化技术开发由日本工业界、政府、大学共同推进。在日本国际贸易和工业厅的资助下，由日本新能源和工业技术开发组织（NEDO）负责的以HRS技术为基础的“高性能、工业炉”项目于1993年启动。1993-1999年日本政府投资150亿日元用于该技术的研究，其目的要达到节能30%，CO2排放量降低30%，Nox、Sox排放量降低30%。目前日本政府确定2000-2004年为“高效工业炉工业规模示范年。仅日本工业炉株式会社（Nippon Furnace Kogyo kaisha Ltd-NFK）在1992-1998的六年间，已在近150台工业炉上应用蓄热式高温燃烧器近900套。

2、国内高效蓄热式燃烧技术的发展应用情况

我国在蓄热式高温空气燃烧技术的研究应用方面，仍处于研究开发阶段，但该技术独特的优越性已经引起我国冶金企业界和热工学术界的极大兴趣。目前，高温空气燃烧技术虽尚未成熟，但市场应用前景相当广阔。山鑫海达公司，依靠强大的科技实力，始终致力于走在当代最先进的工业炉窑燃烧及热工控制技术研究的前列。在已经取得燃油气动雾化燃烧技术、燃油燃气动态（脉冲、间断）燃烧技术、工业窑炉热工自动控制技术的令人瞩目成果的同时，近年来着力于对蓄热式燃烧系统进行了研发，将现代燃烧技术与蓄热式钢包烘烤器方面已经取得一定的成绩及经验。

经过多年不懈努力，山鑫海达公司开发出了以液体、气体为燃料，蓄热体为蜂窝体、球体的系列新型蓄热式燃烧器。该系列燃烧器工作时可使空气预热到接近烟气温度，1000℃以上，排烟温度低于150℃，热回收率80%以上，在工业炉窑上使用可节约燃料55%左右，比一般间壁式余热回收装置多节约燃料25%~30%，废气量大大减少，废气中的Nox含量大大降低。新型蓄热式燃烧器适用于冶金、石化、建材、机械等行业中的各种工业炉窑。

3、高效蓄热式燃烧技术多用途的发展前景

山鑫海达公司在研究蓄热式高温空气燃烧技术方面做了大量的工作，进行了大量技术储备，在已取得的成果基础上进行再研发，再研发的设想如下：

3.1 对现有的产品进行完善改进

现在的产品主要适用于气体燃料，特别适合于低热值的煤气；洁净的液体燃料，针对我国燃重油比较普遍的现实，研究开发燃重油的蓄热式烧嘴，这将是世界燃重油技术的突破，对蜂窝体式蓄热体作进一步的研究实验，验证其抗堵性能。开发最新型蓄热体，该种蓄热体抗堵性能好，蓄热能力强，体积小，阻力小，适合中国国情。

对现有的换向系统进行优化设计，完善已开发出的双位直通式换向阀，有双位四通式、双位三通式及三位三通式。

3.2 研究开发新型热风炉

将最新的蓄热式换向技术应用于热风炉上，保持原有热风炉外壳不变，在出热风口位置不变的情况下，对原热风炉内部进行改造，使单个热风炉具有外供热风，同时部分热风自供燃烧，热风同高炉煤气混合燃烧后，通过换向阀排出。新式热风炉风温保证值在1150℃以上，达到世界最先进水平，且在供热风的周期内热风温度波动很小。由于热风温度的提高，高炉喷煤粉的量就会增加，节能效果更加明显。

3.3 开发二十一世纪概念型锅炉

该种锅炉以煤为燃料，首先采用高风稳燃烧技术将煤气化，液体排渣，煤气供给锅炉本体，锅炉本体亦采用蓄热式高温燃烧技术。相同吨位的锅炉，二十一世纪概念型锅炉的体积只是现在锅炉的1/4。排烟温度<150℃，污染物排放量可降到最低水平。

二、高效蓄热式燃烧器技术性能指标

(一)产品简介

高效蓄热式燃烧器是一种新型高效节能、环保燃烧装置，该燃烧器工作时可使空气预热温度接近烟气入口温度，1000℃以上，排烟温度可降至零点附近，150℃以下，热回收率80%以上，在工业炉窑上使用可节约燃料55%左右，比一般间壁式余热回收装置多节约燃料25%~30%，从而使炉子的热效率大幅提高。由于空气预热温度提高，所以火焰温度也在相应提高，火焰辐射能力加大，加热速度变快，工业炉窑的生产效率可提高10%~15%。由于以上原因，炉子的废气量减少，环保效果十分明显。蓄热式高温燃烧器使用过程中点火方便，燃烧完全、火焰稳定、铺展性好，在以油为燃料时，蓄热过程油路断开，雾化介质常通，所以不结焦。蓄热式高温燃烧器适合于冶金、石化、建材、机械等行业中的加热炉、熔化炉及热处理炉。蓄热式高温燃烧器适用于各种高、低热值的煤气，各种液体燃料（柴油、重油、焦油）。

(二)高效蓄热式燃烧器的结构及工作原理

1、结构特征

在工业炉窑上使用的蓄热式高温燃烧器的结构特征及工作原理与换向式蓄热室类似，都是成对出现的，每一对烧嘴可视为这一新型燃烧器系统的一个完整单元。这一单元包括两只耐高温材料的喷嘴，两个耐火材料制成的蓄热体，一个换向阀组（一个换向阀也可以带若干组烧嘴）和一套操纵快速换向阀的自控单元。

2、工作原理

（1）以液体、高热值煤气为燃料的蓄热式高温燃烧器的工作原理

一组蓄热式烧嘴在正常工作时，两只燃烧器不会处于同一种工作状态。当一只烧嘴处于燃烧工作状态时，此燃料通路开通，冷空气通过炽热蓄热体，被加热为热空气去助燃；另一只烧嘴一定处于蓄热状态作为烟道，此燃烧通路关闭，燃烧产物在引风机的作用下经燃烧通道到蓄热体，使蓄热体蓄积下热量后，经烟道由烟囱排出。

在工业炉窑上应用的蓄热式烧嘴的换向周期为1-3分钟，可以采用双重信号控制，即当从蓄热体排出的烟气温度达到额定值或周期超过设定时间时，由控制系统操作换向装置动作，两只（一对）烧嘴互换工作状态。

蓄热式燃烧器两个为一组，可根据炉子的工艺要求和方便操作等情况灵活安装，可相对安装也可同侧并列安装。（见工作原理图一）。

1-烧嘴壳 2-蓄热体 3-管道 4-换向阀
工作原理图一

（2）低热值煤气为燃料的蓄热式高温燃烧器（空煤气双预热）的工作原理。

此种蓄热式燃烧系统是一种组合式燃烧系统，有两对高效蓄热室，一对燃烧器，两组换向机构和一套控制系统组成。其工作原理同上。在前半个周期，一侧烧嘴与燃料混合燃烧，向炉内供热。同时，烟气进入另一侧蓄热室，其蓄热体吸热，高温烟气被冷却后经引风机排入大气。当燃烧系统的热工参数达到设定值时，控制装置使环行装置动作，这一侧燃烧器和另一侧燃烧器工作状态互换。如此周期性的交换工作，使蓄热式燃烧系统达到理想的加热功能。（见工作原理图二）。

1-蓄热式燃烧器 2-蓄热体 3-管道 4-换向阀
工作原理图二

3、高效蓄热式燃烧器主要组成部分及特点

①、高效蓄热式燃烧器主要由烧嘴壳体、蓄热体和换向阀等组成。蓄热室：蓄热体采用球体或蜂窝体，材料为耐火材料。采用这种形式的蓄热体，流体流经蓄热室的阻力小，单位体积换热面积大，比表面积可达250-350mm/mm³,其利用系数为60%-70%，因此燃烧装置结构紧凑，有利于减少炉子投资。由于蓄热体是用耐火材料制成，所以耐腐蚀、耐高温、使用寿命长。
②、热回收率高，可达70-80%，接近理论最大值。与采用冷风助燃相比，燃料节约量可达55-65%，与采用一般换热器与热空气相比，可节约燃料30%以上。
③、换向系统采用两位三通式或三位三通式换向阀，换向周期为1-3分钟，换向次数可达到80万次，可保持炉温稳定。空气换向、燃料换向同步且平衡，空气、燃料、烟气决无混合的可能，彻底解决了以往换向阀在换向过程中气路暂时相通的弊病。
④、采用本公司高性能烧嘴，可单独燃用煤油、重油、液化石油气、天然气、焦炉煤气、混合煤气、高炉煤气等。
⑤、燃烧后的烟气中Nox含量大大降低。
⑥、因燃料消耗量降低30%以上，大气中CO²的排放量也减30%以上。
⑦、可强化加热，提高炉子产量达20%，或在相同产量下，缩短炉子尺寸。
⑧、设备维护简便，蓄热体安装、更换、清灰方便。
⑨、控制系统可采用微机PLC控制，自动完成顺控、连锁、报警及程控升温过程，可实现系统操作参数的在线调整，并具有显示、打印、存储功能。

三、蓄热式燃烧器的分类

1、SX-XRY型燃油蓄热式燃烧器

换向阀外形图

2、SX-XRQ型燃高热值煤气蓄热式燃烧器

换向阀外型图

3、SX-XRD型燃低热值煤气，空煤气双预热蓄热式燃烧器

换向阀外型图

4、高效蓄热式燃烧器的应用效果（钢铁行业）

（1）普通轧钢加热炉

在轧钢加热炉上应用高效蓄热式烧嘴可以同比节能30%，CO2排放量降低30%，烧嘴噪音降低30%，生产率提高15%。

（2）热处理炉

在热处理炉上使用高效蓄热式烧嘴可以节能45%，而且炉温更加均匀，产品质量显著提高。

（1）燃高炉煤气的各种加热炉

高炉煤气由于热值低，所以很难利用。尤其是在高温加热炉上，很难满足炉温要求。以前曾尝试用金属预热器双预热空气、高炉煤气来满足炉温的要求，但由于金属换热器不能长期稳定运行，所以往往需加重油补充燃烧。但使用蓄热式烧嘴，可以同时把空气、高炉煤气蓄热到1000℃以上，并能长期稳定运行，这样就使高炉煤气能满足各种加热炉的要求，为钢铁工业节能降耗开辟了一条新路。

（4）连铸连扎补充加热炉

当热坯温度保持900℃以上进入补充加热炉时，以前的加热办法都不是很理想，排烟温度高，造成能源浪费，采用蓄热式烧嘴，炉温1300-1350℃，排烟温度低于150℃。

（5）轧线在线补充加热炉

越来越多的企业开始采用连铸坯一火成材的新工艺，大幅降低了能耗。但对一些非连续轧机用大断面钢坯生产小型材的情况，由于轧制道次多，轧制周期长，钢坯温降太大，增加了辊耗电耗，甚至发现整根中间坯报废。解决以上问题最现实的方法就是：在轧线上增设一座中间坯加热炉，从粗轧过来的中间坯在此炉再增温100-200℃，然后进中轧轧制。这种炉子如果采用常规技术，由于炉内传热强度低，加热时间长，炉子过长过大，轧线难以布置，还有炉温高，排烟温度高，燃耗太大，实际生产中很难实现。如果采用蓄热式燃烧技术，可以大大减小炉子尺寸，易于在轧线上布置，而排烟温度低于150℃，大大节约能源，使上述工艺成为可能，而且设备少，炉子操作灵活，能适应轧制品种、产量的变化。

（6）改造传统的均热炉

用此种技术改造各种传统均热炉都可以节能30%以上，并且可以减少均热炉的占地面积。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/7/2007)


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