工業(yè)爐窯高溫空氣燃燒技術(shù)

                               上海申弘閥門(mén)有限公司

之前介紹安裝減壓閥注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹工業(yè)爐窯高溫空氣燃燒技術(shù)工業(yè)爐窯是指加熱或熔化金屬或非金屬的裝置，加熱或熔化金屬的裝置稱(chēng)為工業(yè)爐，加熱或熔化非金屬的裝置稱(chēng)為爐窯。工業(yè)爐窯是工業(yè)加熱的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，量大面廣，品種多，同時(shí)工業(yè)爐窯又是高能耗裝備。高溫空氣燃燒技術(shù)是近10年來(lái)高速發(fā)展的一種新型燃燒技術(shù)，具有、節(jié)能和低污染等特性，目前正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。介紹高溫空氣燃燒技術(shù)的由來(lái)、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用效果，并分析了這種燃燒技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景。 
關(guān)鍵詞：換熱器 蓄熱器 高溫空氣燃燒
1 工業(yè)爐窯高溫空氣燃燒技術(shù)引言 
在冶金、機(jī)械、建材等部門(mén)所用的許多工業(yè)燃燒爐中，排出的廢氣溫度高達(dá)600～1100℃。為充分有效地把這部分熱量加以利用，許多研究人員在這方面做了大量研究工作。其中利用熱回收裝置回收煙氣帶走的余熱，加熱助燃用空氣和燃?xì)猓倩厮偷綘t子燃燒室，是一項(xiàng)有效且收益較大的措施。 蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)為HPAC），亦稱(chēng)為無(wú)焰燃燒技術(shù)，是20世紀(jì)90年代以來(lái)， 在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始普遍推廣應(yīng)用的一種全新燃燒技術(shù)。它具有、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，其N(xiāo)Ox的排放也能有效控制，能較大限度的回收利用鋼鐵企業(yè)附產(chǎn)煤氣和降低軋鋼加熱工序能耗，減少企業(yè)附產(chǎn)煤氣的放散和NOx 的排放，從而減少環(huán)境污染。目前，蓄熱式燃燒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油化工、玻璃、陶瓷、鍋爐等行業(yè)的各類(lèi)工業(yè)爐， 尤其是具有高爐煤氣資源的冶金行業(yè)，被燃燒界譽(yù)為21世紀(jì)有發(fā)展前景的燃燒技術(shù)之一。
早期的回收余熱用于空氣預(yù)熱的熱回收裝置主要是間壁式換熱器和蓄熱式換熱器。間壁式換熱器氣體流向不變，工作狀況穩(wěn)定，但其預(yù)熱溫度不超過(guò)700℃，且壽命較短，熱回收率低，排放的煙氣仍有較高溫度。蓄熱式換熱器預(yù)熱溫度可達(dá)1200℃，而排煙溫度較低，可接近300℃，且壽命較長(zhǎng)，熱回收率高可達(dá)70％。但早期這種蓄熱式換熱器的蓄熱體采用格子磚材料，綜合傳熱系數(shù)較低，蓄熱體體積龐大、換向時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)熱溫度波動(dòng)較大。同時(shí)，煙氣的排出溫度仍有300～600℃，換熱設(shè)備要求既耐熱、又氣密，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不靈活。綜合考慮換熱器的經(jīng)濟(jì)性、材料性能、熱效率等因素，目前性能較好的間壁式換熱器的受熱溫度可達(dá)1000℃左右，得到的高預(yù)熱空氣溫度達(dá)700℃。若再提高預(yù)熱溫度，會(huì)出現(xiàn)高NOx問(wèn)題及因換熱器傳熱面積擴(kuò)大引起的設(shè)備費(fèi)用增加和換熱器本身的壽命問(wèn)題。而蓄熱式換熱器因節(jié)能的特性以及材料工業(yè)的發(fā)展而又展現(xiàn)出新的活力。
工業(yè)爐窯是陶瓷、冶金、建材、石化等過(guò)程工業(yè)中至關(guān)重要的熱工裝備，也是能源消耗和環(huán)境污染的主要源頭。目前，全國(guó)工業(yè)爐窯年總能耗約占全國(guó)總能耗的1/4，占工業(yè)總能耗的60%。
我國(guó)大部分工業(yè)爐窯在爐型結(jié)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、熱能利用、絕熱材料、熱工檢測(cè)、環(huán)境保護(hù)以及控制系統(tǒng)等方面技術(shù)水平比較滯后，由此而造成產(chǎn)品綜合能耗高、環(huán)境污染較嚴(yán)重、產(chǎn)品存在質(zhì)量缺陷等諸多問(wèn)題。因此在工業(yè)爐窯制造行業(yè)中，大力進(jìn)行工業(yè)爐窯節(jié)能減排共性技術(shù)研究與應(yīng)用具有重大意義。
工業(yè)爐窯既是燃燒設(shè)備又是傳熱設(shè)備，顯然，燃燒和傳熱對(duì)熱利用起至關(guān)重要的作用。爐窯的熱工過(guò)程包括內(nèi)部熱交換，外部熱交換，燃燒過(guò)程和窯內(nèi)氣體流動(dòng)過(guò)程。燃燒過(guò)程直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和燃料消耗。提高爐窯熱工性能的前提條件是改進(jìn)燃燒過(guò)程并提高燃燒效率。其實(shí)質(zhì)是燃燒技術(shù)的應(yīng)用，因此應(yīng)分析、掌握爐窯燃燒的特點(diǎn)，合理組織氣體的流動(dòng)過(guò)程和燃料燃燒過(guò)程。
近10年來(lái)，我國(guó)工業(yè)爐窯的生產(chǎn)和節(jié)能技術(shù)進(jìn)步成績(jī)顯著，但與水平相比仍有差距。我國(guó)工業(yè)爐窯的熱效率平均為30%左右，而水平則為50%以上。由此可見(jiàn)，我國(guó)工業(yè)爐窯的節(jié)能潛力很大，必須大力推廣生產(chǎn)上行之有效的成熟技術(shù)。
在工業(yè)爐窯燃燒技術(shù)節(jié)能方面有高溫空氣燃燒技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)等。通過(guò)將這些技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)爐窯中，可顯著提高燃燒熱效率，取得一定的節(jié)能降耗效果。
工業(yè)爐窯技術(shù)總體發(fā)展趨勢(shì)為：[1]
（1）調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)。盡管煤炭在相當(dāng)階段內(nèi)仍是我國(guó)的主力能源，但其既污染嚴(yán)重，又不利于實(shí)施高溫空氣燃燒技術(shù)。所以用煤制發(fā)生爐煤氣等取代煤作為燃料，是我國(guó)工業(yè)爐節(jié)能發(fā)展的戰(zhàn)略性方向。
（2）進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、*的燃燒技術(shù)，提高工業(yè)爐窯燃燒性能。大力*和推廣包括高溫空氣燃燒技術(shù)在內(nèi)的燃燒技術(shù)仍是當(dāng)前和今后我國(guó)工業(yè)爐窯節(jié)能降耗的發(fā)展方向。
2 高溫空氣燃燒技術(shù)
由工業(yè)爐窯排出的高溫廢氣中回收廢熱，是減少燃料消耗的重要手段之一。日本等國(guó)開(kāi)發(fā)出的HTAC技術(shù)，往往要求應(yīng)用于燃燒高發(fā)熱值燃料，如天然氣和焦?fàn)t煤氣的爐窯上。但在中國(guó)的大多數(shù)鋼鐵企業(yè)內(nèi)，用于各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的熱工爐窯多數(shù)使用廠內(nèi)的煉鐵高爐煤氣、煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣、發(fā)生爐煤氣和混合煤氣。為了充分利用鋼廠內(nèi)部副產(chǎn)的這些中低熱值的燃料，并改進(jìn)這些燃料在不同爐窯中應(yīng)用時(shí)的熱工條件，上世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)將陶瓷球式的蓄熱換向燃燒技術(shù)應(yīng)用于鋼（坯）材加熱爐窯的改造，并獲得較好的節(jié)能效果。但這種陶瓷球式的蓄熱換向系統(tǒng)，存在設(shè)備過(guò)于龐大、熱回收率不夠高、燃燒火焰局部溫度過(guò)高引起NOx排放量增大等不足。
上世紀(jì)90年代末，對(duì)蜂窩體蓄熱和低氧氣氛下的燃燒技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查研究，并在北京組織了一次高溫低氧空氣燃燒技術(shù)的學(xué)術(shù)講座，邀請(qǐng)了日美學(xué)者吉田邦夫、保田力、古普塔、長(zhǎng)古川敏明和日本鋼管現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員參與技術(shù)交流和討論。報(bào)告者介紹了HTAC的工作原理和在日本一些爐窯上的應(yīng)用效果。討論中發(fā)現(xiàn)，HTAC在日本工業(yè)企業(yè)中使用時(shí)要求較清潔的高熱值氣體燃料，只能應(yīng)用于燃燒天然氣和焦?fàn)t煤氣的爐窯上。因此，在多數(shù)中國(guó)企業(yè)加熱爐窯上應(yīng)用HTAC技術(shù)，還有待進(jìn)行新的相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)。
隨后投入人力物力對(duì)燃燒中低發(fā)熱值燃料的加熱爐窯廢氣熱回收采用新型蓄熱換向的相關(guān)技術(shù)和裝備，以及在不同爐窯內(nèi)的燃燒控制技術(shù)，進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。這些研究和開(kāi)發(fā)取得了重大進(jìn)展，迄今已有400臺(tái)爐窯和燃燒裝置（包括5臺(tái)國(guó)外冶金企業(yè)的爐窯）采用神霧公司開(kāi)發(fā)的HTAC技術(shù)和裝備進(jìn)行了改造，很多燃燒低熱值燃料的爐窯上采用了空氣和煤氣同時(shí)預(yù)熱的系統(tǒng)。平均節(jié)能效率達(dá)到了30%，同時(shí)大大降低了CO2等的排放。
風(fēng)機(jī)鼓入的常溫空氣經(jīng)由換向閥進(jìn)入圖1右側(cè)的蓄熱室，在通過(guò)蓄熱體時(shí)被加熱到1000℃以上，預(yù)熱后的高溫空氣由噴嘴噴入爐膛的燃燒產(chǎn)物中，具有一定噴吹速度和方向的熱空氣流股先與燃燒產(chǎn)物混合，而受到稀釋。在燃燒區(qū)域，噴入的燃料與稀釋后的空氣（含氧量大大低于21%）進(jìn)行燃燒。這種燃燒過(guò)程可以顯著改善火焰組織和爐膛內(nèi)的溫度分布，提高燃燒產(chǎn)物的傳熱性能，降低NOx的產(chǎn)生量。JIFMA(日本燃燒協(xié)會(huì))報(bào)導(dǎo)說(shuō)：HTAC方法在各種爐窯上使用時(shí)，可以節(jié)能30%，并將NOx的排出量降到100ppm以下。
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥高溫空氣燃燒技術(shù)的誕生使得工業(yè)爐窯內(nèi)部溫度分布均勻化問(wèn)題、溫度的自動(dòng)控制手段問(wèn)題、強(qiáng)化傳熱問(wèn)題、火焰燃燒范圍的擴(kuò)展問(wèn)題及火焰燃燒機(jī)理的改變等問(wèn)題有了新的解決措施。
采用高溫空氣燃燒技術(shù)的爐窯因降低排煙溫度，燃料能量利用率接近90%，與煙氣不回收的爐窯相比可節(jié)能60%，減少60%溫室氣體CO2的排放量；與常規(guī)煙氣回收的爐窯相比可節(jié)能30%～40%，減少溫室氣體CO2排放量30%～40%。因而具有良好的節(jié)能減排效果。
此外，采用高溫空氣燃燒技術(shù)的爐窯還有其他一些優(yōu)點(diǎn)：在高溫加熱爐中可以使用低熱值燃料（如高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等）；貧氧燃燒，有利于在窯內(nèi)產(chǎn)生還原氣氛，滿(mǎn)足某些特殊工業(yè)爐窯的需要；被加熱產(chǎn)品質(zhì)量提高；相同生產(chǎn)率的爐窯尺寸減少，節(jié)約投資等。高溫空氣燃燒技術(shù)的由來(lái) 
1982年英國(guó)Hotwork公司和British Gas公司合作，研制出了緊湊型的陶瓷球蓄熱系統(tǒng)RCB(Regenerative Ceramic Burner)。系統(tǒng)采用陶瓷球作為蓄熱體，比表面積可達(dá)240m2/m3，因此蓄熱能力大大增強(qiáng)、蓄熱體體積顯著縮小、換向時(shí)間降至1～3min，溫度效率明顯提高(一般大于80％)，而預(yù)熱溫度波動(dòng)一般小于15℃。在隨后幾年里，對(duì)該蓄熱系統(tǒng)又進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究并作了試用。在不銹鋼退火爐、步進(jìn)梁式爐上的應(yīng)用均達(dá)到了預(yù)期的效果，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 
日本在1985年前后詳細(xì)考察了RCB的應(yīng)用技術(shù)和實(shí)際使用情況后，開(kāi)始進(jìn)一步研制。20世紀(jì) 90年代初，日本鋼管株式會(huì)社(NKK)和日本工業(yè)爐株式會(huì)社(NFK)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種新型蓄熱器，稱(chēng)為陶瓷蓄熱系統(tǒng)HRS(High-cycle Regenerative Combustion System)。在蓄熱體選取上，采用壓力損失小、比表面積更大的陶瓷蜂窩體，以減少蓄熱體的體積和重量。為了實(shí)現(xiàn)低NOx排放，蓄熱體和燒嘴組成一體聯(lián)合工作，采用兩段燃燒法和煙氣自身再循環(huán)法來(lái)控制進(jìn)氣，效果很好。NKK進(jìn)行了多次試驗(yàn)，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)加熱后進(jìn)入燃燒器的空氣溫度已接近廢氣排放溫度。數(shù)據(jù)顯示，空氣預(yù)熱溫度達(dá)1300℃、爐內(nèi)O2含量為11%時(shí)NOx排放量是40kg/m3 [1]。HRS的開(kāi)發(fā)，不僅實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱極限回收及NOx排放量的大幅度降低，而且這種新型燃燒器還引發(fā)產(chǎn)生了一種新的燃燒技術(shù)——高溫空氣燃燒技術(shù)HTAC(High Temperature Air Combustion)。 
HTAC技術(shù)在燃燒條件、反應(yīng)機(jī)理、火焰特征等方面均表現(xiàn)得與傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)不同。它是預(yù)熱空氣溫度達(dá)到800～1000℃以上，燃料在含氧較低(可低至2%)的高溫環(huán)境中燃燒。因?yàn)槭窃诟邷貤l件下，可燃范圍擴(kuò)大，在含氧大于2%時(shí)，就可保證穩(wěn)定燃燒。燃燒過(guò)程類(lèi)似于一種擴(kuò)散控制式反應(yīng)，不再存在局部高溫區(qū)，NOx在這種環(huán)境下生成受到抑制。同時(shí),在這種低氧環(huán)境下，燃燒火焰具有與傳統(tǒng)燃燒截然不同的特征：火焰體積明顯增大，甚至可擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室空間；火焰形狀不規(guī)則，無(wú)火焰界面；常見(jiàn)的白熾火焰消失，火焰呈現(xiàn)薄霧狀；輻射強(qiáng)度增加，火焰的高度輻射減少。整個(gè)燃燒空間形如一個(gè)溫度相對(duì)均勻的高溫強(qiáng)輻射黑體，再加上反應(yīng)速度快，爐膛傳熱效率顯著提高，而NOx排放量大大減少[2]。
結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，HTAC是21世紀(jì)我國(guó)工業(yè)爐窯燃燒領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)的方向之一。

3 空氣、煤氣雙蓄熱燃燒技術(shù)在熔鋁爐上的應(yīng)用
3.1 國(guó)內(nèi)熔鋁爐能耗狀況          
    鋁加工熔煉生產(chǎn)是鋁加工行業(yè)能源及材料消耗大的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。熔化速率、噸鋁能耗是熔爐兩個(gè)基本的能力指標(biāo)。
    在國(guó)內(nèi)鋁冶煉及鋁加工行業(yè)的熔鋁爐，使用傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)其熱量單耗一般在72萬(wàn)大卡/噸鋁左右（折合天然氣84立方，柴油73公斤，發(fā)生爐煤氣580立方，焦?fàn)t煤氣180立方）；在國(guó)外，熱量單耗一般低于53萬(wàn)大卡/噸鋁。因此，國(guó)內(nèi)熔鋁爐的節(jié)能潛力很大。
    鋁熔煉技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是要通過(guò)合理的爐型設(shè)計(jì)及燃燒配置，實(shí)現(xiàn)以小的能源消耗獲取大的鋁熔化速率，從而達(dá)到熔爐設(shè)備利用率、能源利用率、材料利用率*化的目的。
    合理的配置及使用蓄熱式燒嘴技術(shù)，熔爐熱效率可提高到65%以上。
空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)在冶金行業(yè)已經(jīng)得到廣泛推廣應(yīng)用，其節(jié)能*。空氣單蓄熱式燃燒系統(tǒng)在有色冶金行業(yè)已開(kāi)始推廣應(yīng)用，其節(jié)能效果也得到認(rèn)可。北京神霧公司將空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)應(yīng)用于熔鋁爐，與山東富海實(shí)業(yè)股份有限公司合作，建成國(guó)內(nèi)*座雙蓄熱式熔鋁爐。從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，節(jié)能*。
3.3  空氣 、煤氣雙蓄熱燃燒系統(tǒng)
采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)（HTAC），將空氣、煤氣溫度同時(shí)預(yù)熱到比爐膛溫度低50～150℃，大約在800℃左右，排煙溫度<150℃，可大限度地利用煙氣余熱，降低燃耗，提高熔化爐的熱效率；同時(shí)可降低CO2和NOx的排放量。
燃燒器采用陶瓷小球作蓄熱體，空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室采用分離結(jié)構(gòu)，空、煤氣沒(méi)有互竄的危險(xiǎn)。還原性氣氛有利于防止氧化燒損；雙蓄熱式燃燒器結(jié)構(gòu)緊湊，火焰燃燒性能較好，每個(gè)燃燒器前設(shè)置空氣調(diào)節(jié)閥門(mén)和煤氣調(diào)節(jié)閥門(mén)，可以調(diào)節(jié)單個(gè)燒嘴負(fù)荷，也可以關(guān)閉單個(gè)燒嘴；使加熱溫度的調(diào)節(jié)和控制靈活、方便。
3.4 應(yīng)用狀況和效益分析
空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒器技術(shù)應(yīng)用在熔鋁爐上并獲成功，*在熔鋁爐上使用發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)的空白，是一項(xiàng)革命性的新嘗試。雙蓄熱式熔鋁爐因采用潔凈煤氣作燃料，每年減少粉塵排放70噸，減少SO2排放28噸。燒嘴采用局部煙氣再循環(huán)技術(shù)，NOX排放也有所降低。
傳統(tǒng)的熔鋁爐燃燒系統(tǒng)均采用非蓄熱式或單蓄熱式。非蓄熱式熔鋁爐其排煙溫度在500~1000℃之間，不但浪費(fèi)大量的能源，還增加了SO2、NOX等酸性氣體的排放，同時(shí)增加了其后續(xù)的環(huán)保治理難度；單蓄熱式熔鋁爐由于燃料未經(jīng)預(yù)熱，蓄熱室的進(jìn)氣量與排氣量存在不平衡，需增加輔助排煙管道，從而使總體排煙溫度升高，也相應(yīng)地浪費(fèi)了一部分能源，增加了其后續(xù)的環(huán)保治理難度。

HTAC技術(shù)的工作原理及特點(diǎn) 
HTAC的技術(shù)關(guān)鍵是采用蓄熱式燃燒系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)由燃燒室、2組結(jié)構(gòu)相同的蓄熱式燃燒器和1個(gè)四通閥組成。燃燒器可對(duì)稱(chēng)布置，亦可集中布置。圖1為2組燃燒器對(duì)稱(chēng)布置時(shí)的原理圖。當(dāng)燒嘴A工作時(shí)，加熱工件后的高溫廢氣經(jīng)由燒嘴B排出，以輻射和對(duì)流方式迅速將熱量傳遞給蓄熱體。煙氣放熱后溫度降至200℃以下，經(jīng)四通閥排出。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔后，切換閥使助燃空氣流經(jīng)蓄熱體B，蓄熱體再將熱量迅速傳給空氣，空氣被預(yù)熱至800℃以上，通過(guò)燒嘴B完成燃燒過(guò)程。同時(shí)，燒嘴A和蓄熱體A轉(zhuǎn)換為排煙和蓄熱裝置。通過(guò)這種交替運(yùn)行方式，可以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱極限回收和助燃空氣的預(yù)熱。新型的陶瓷蜂窩狀蓄熱體可以達(dá)到排氣溫度與被預(yù)熱空氣溫度之間相差50~150℃。
為了降低NOx生成量，采用兩段燃燒法和煙氣自身再循環(huán)法。圖2是蓄熱式燃燒器燒嘴的原理圖。燒嘴中心是空氣流道，喉部周?chē)芯€方向上供給一次燃料，喉部出口處和空氣流道平行方向上供給二次燃料。一次燃料（比二次燃料少得多）的燃燒屬于富氧燃燒，在高溫條件下會(huì)很快完成。燃燒后的煙氣在流經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的噴口后，形成高速氣體射流和周?chē)砦亓鬟\(yùn)動(dòng)，滲混后爐 
內(nèi)含氧濃度可達(dá)到5%～15%。大量燃料通過(guò)二次燃?xì)馔ǖ榔叫袊娙霠t內(nèi)，與爐內(nèi)含氧濃度較低的煙氣混合、燃燒。此時(shí)，爐內(nèi)不再存在局部熾熱高溫區(qū)，形成溫度分布比較均勻的火焰。因此，NOx排放量大大降低。
HTAC技術(shù)主要是通過(guò)蜂窩式蓄熱系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)如下： 
(1) 蓄熱體傳熱速度快，蓄熱能力強(qiáng)，切換時(shí)間短，動(dòng)態(tài)換熱好，壓力損失少。 
(2) 進(jìn)入爐內(nèi)的空氣和燃?xì)鈿饬魉俣瓤欤瑺t內(nèi)燃料裂解、自燃等燃燒過(guò)程加速進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)速率和燃燒效率提高。 
(3) 火焰不是在燃燒器中而是在爐膛空間內(nèi)才開(kāi)始逐漸燃燒，燃燒噪音低。 
(4) 在高溫條件下，只要燃料混合物進(jìn)入可燃范圍，就可保證爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒。 
(5) 在高溫低氧環(huán)境中燃燒產(chǎn)生大量裂解，形成大量C2，從而引發(fā)強(qiáng)烈的熱輻射效應(yīng)，輻射力增強(qiáng)。 
(6) 爐膛溫度分布均勻，燃燒時(shí)高溫度降低，平均溫度大大提高，傳熱效率明顯增大。 
(7) NOx和二惡英的生成受抑制，排放量大大減少。 
(8) 除蓄熱式燃燒器和爐體外，其他設(shè)備都在低溫端運(yùn)行。
4 高溫空氣燃燒技術(shù)的研究進(jìn)展[7]
4.1 蓄熱式輻射管
目前中國(guó)90%的熱處理爐均采用電能加熱，熱利用效率只有29%，遠(yuǎn)低于40~50%的水平。在當(dāng)前電能供應(yīng)較緊的情況下，采用燃?xì)馀湟愿邷乜諝馊紵夹g(shù)被認(rèn)為是改善中國(guó)熱處理工業(yè)能源結(jié)構(gòu)的有效途徑。為適應(yīng)這一形勢(shì)，神霧公司近期開(kāi)發(fā)出一種采用HTAC技術(shù)的W-型輻射燃燒管（圖4）。這種W-型輻射燃燒管已應(yīng)用于天津一家鋼鐵公司內(nèi)小時(shí)處理量為35噸鍍鋅彩板的無(wú)氧化退火爐。用戶(hù)報(bào)告稱(chēng)，采用圖4所示W(wǎng)-型輻射燃燒管后，熱處理爐的熱效率達(dá)到80%以上，與原用電加熱方式比較，可節(jié)能30~40%，爐膛內(nèi)溫度的不均勻性減少到≤10℃，燃燒廢氣排放溫度≤150℃。

 HTAC技術(shù)的應(yīng)用效果 
4.1 結(jié)構(gòu)緊湊，初投資少 
HRS系統(tǒng)的蓄熱體和爐體部分均因換熱能力大大增強(qiáng)，使體積可大幅度縮小。從蓄熱體排出的廢氣（溫度只有200℃左右）通過(guò)引風(fēng)機(jī)抽出，去除了需耐火材料內(nèi)襯的較長(zhǎng)煙道和煙囪。簡(jiǎn)化了設(shè)備，且用地面積減小，從而使初投資較少。除建造新?tīng)t外，HTAC技術(shù)也適合于舊爐改造。蓄熱式燃燒器是采用蓄熱體與燒嘴相結(jié)合的構(gòu)造，它可以外掛蓄熱式燒嘴的形式與舊爐爐型相結(jié)合進(jìn)行改造。只需在爐子原有基礎(chǔ)上，對(duì)爐體稍加改動(dòng)即可。 
4. 2 溫差小，加熱質(zhì)量好 
應(yīng)用HTAC技術(shù)后，燃燒爐內(nèi)溫度分布均勻，溫差達(dá)±5℃，加上爐內(nèi)較低的含氧環(huán)境，對(duì)加熱工件極為有利。既提高了加熱速度和加熱質(zhì)量，又減少了工件氧化燒損率，大大提高了爐子產(chǎn)量。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)流量，可方便而地對(duì)爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，達(dá)到均衡的爐膛溫度，以滿(mǎn)足不同的加熱要求。 
4. 3 布置靈活，操作方便 
HRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，布置比較靈活。它可根據(jù)工藝要求和爐體形狀確定燒嘴的位置和數(shù)量。燒嘴的位置可設(shè)在側(cè)面、頂面和軸向（需要爐鼻段）。成對(duì)燒嘴可獨(dú)立換向，也可多對(duì)燒嘴分段集中換向，控制比較靈活[4]。四通閥和控制系統(tǒng)均處于低溫端，因此，操作方便且安全、可靠性高。 
4. 4 節(jié)能* 
采用蜂窩式陶瓷蓄熱體實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收，煙氣的余熱回收率可達(dá)85%以上。同時(shí)，在較高空氣預(yù)熱溫度及混合均勻的低氧環(huán)境下，燃料與O2分子一經(jīng)接觸，便能迅速燃燒。因此，實(shí)現(xiàn)*燃燒的過(guò)剩空氣系數(shù)可接近1，大大減少爐子進(jìn)出流量及排煙損失，進(jìn)一步提高了燃料節(jié)約率。實(shí)際應(yīng)用情況表明，燃料節(jié)約率可達(dá)55%以上。 
4. 5 污染物排放少 
HTAC技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)環(huán)境保護(hù)的積極作用有：(1) HTAC燃燒器的節(jié)能以及燃燒過(guò)程的充分性大大減少了煙氣中CO、CO2和其他溫室氣體的排放；(2) 高溫低氧的燃燒環(huán)境以及煙氣回流的摻混作用，大大抑制了NOx的生成，使NOx排放量下降到100 mg/m3以下；(3) 高溫環(huán)境抑制了二惡英的生成，排放廢氣迅速冷卻，有效阻止了二惡英的再合成，故二惡英的排放大大減少；(4) 火焰在整個(gè)爐膛內(nèi)逐漸擴(kuò)散燃燒，燃燒噪音低。 
4. 6 工業(yè)爐燃料范圍擴(kuò)大 
HTAC技術(shù)的開(kāi)發(fā)，大大擴(kuò)展了工業(yè)爐燃料的適用范圍。它可以很好地燃用低熱值燃料而不存在點(diǎn)火困難和脫火問(wèn)題，而且燃料品種也不局限于氣體或液體。隨著高溫空氣相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，煤、工業(yè)垃圾等固體燃料也可以使用。目前，日本已開(kāi)發(fā)出高溫空氣燃?xì)饣亩喽戊侍崛〖夹g(shù)，它能處理多種熱值的原料，包括各類(lèi)廢棄物和生物質(zhì)可燃物。固體燃料的使用通常是先用高溫空氣氣化成燃?xì)猓瑑艋幚砗螅儆糜诟邷乜諝馊紵?nbsp;
4. 7 適用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣 
HTAC技術(shù)優(yōu)良的特性使它的適用范圍較寬，它能用于多種不同工藝要求的工業(yè)爐。目前可使用該技術(shù)的爐型有大中型推鋼式及步進(jìn)式軋鋼加熱爐、均熱爐、罩式熱處理爐、輻射管氣體滲碳爐、鋼包烘烤爐、玻璃熔化爐、熔鋁爐、鍛造爐等等。范圍涉及冶金、金屬加工、化工、陶瓷和紡織等行業(yè)。此外，HTAC技術(shù)也適用于生產(chǎn)不穩(wěn)定、產(chǎn)量波動(dòng)較大的企業(yè)。
4.2 蓄熱式煤基直接還原轉(zhuǎn)底爐
HTAC燒嘴的另一個(gè)有應(yīng)用前景的爐窯是用于煤基直接還原轉(zhuǎn)底爐。
在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)爐料加熱升溫和還原反應(yīng)要吸收大量熱量，工藝爐溫要求1300℃以上，國(guó)外同類(lèi)爐子均采用高熱值煤氣(天然氣)做燃料，國(guó)內(nèi)條件難以滿(mǎn)足。
神霧公司采用自有的蓄熱式燒嘴燃燒技術(shù)，利用從爐子排出的廢氣預(yù)熱助燃空氣，可使燒低熱值煤氣的實(shí)際爐溫達(dá)到1400℃以上，使?jié)M足工藝要求爐溫的問(wèn)題得到解決。且廢氣溫度可降到200℃以下，實(shí)現(xiàn)了廢氣余熱的極限回收。

圖5所示為神霧公司開(kāi)發(fā)的煤基直接還原轉(zhuǎn)底爐燃燒系統(tǒng)工作原理示意圖[8]。圖5（a）為爐體結(jié)構(gòu)和燃燒系統(tǒng)工作方式的示意圖，圖5（b）為模擬分析爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程所作的氣相流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)采用HTAC燒嘴除可以提供良好的爐內(nèi)熱工和還原過(guò)程所需的條件外，礦石的還原過(guò)程還可以通過(guò)不同爐段燃燒條件的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。這種燃燒技術(shù)所創(chuàng)造的節(jié)能條件，有可能大大增加轉(zhuǎn)底爐在紅土鎳礦、釩鈦磁鐵礦、含鋅粉塵、冶金渣等直接還原生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性。

4.4 蓄熱式玻璃爐窯
玻璃是我國(guó)建材工業(yè)的主要產(chǎn)品，它是以熔窯為主進(jìn)行生產(chǎn)的能耗較高的產(chǎn)業(yè)，它的生產(chǎn)和發(fā)展都受到能源供應(yīng)的制約。另外，產(chǎn)品質(zhì)量好壞和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益高低都與爐窯技術(shù)水平有著直接的關(guān)系。玻璃工業(yè)能耗主要為熔窯消耗，浮法工藝的玻璃廠能耗的80%是熔窯燃料消耗。國(guó)內(nèi)平板玻璃熔窯能耗高，節(jié)能潛力也很大。
我國(guó)玻璃工業(yè)產(chǎn)能已連續(xù)多年高居世界*。我國(guó)玻璃工業(yè)熔窯節(jié)能潛力是很大的。大力提倡玻璃熔窯節(jié)能，是我國(guó)玻璃爐窯科學(xué)工作者和企業(yè)的共同責(zé)任。玻璃爐窯節(jié)能新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣，將玻璃工業(yè)完成“工業(yè)企業(yè)普遍節(jié)能20%”的節(jié)能減排目標(biāo)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家玻璃熔窯的熱效率一般在30％～40%，我國(guó)玻璃熔窯的熱效率平均只有25％～35％。燃料在玻璃制造成本中，已超過(guò)1／3的比重，能源價(jià)格的不斷攀升，已經(jīng)在嚴(yán)重影響著行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，利用發(fā)生爐煤氣代替目前的主要燃料重油、天然氣等有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
圖7是神霧公司發(fā)明的低熱值燃料玻璃爐窯節(jié)能燃燒裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。HTAC技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景 
我國(guó)是世界燃料消耗大國(guó)。從我國(guó)能源現(xiàn)狀來(lái)看，HTAC技術(shù)在我國(guó)將有廣闊的應(yīng)用前景。 
我國(guó)工業(yè)爐是能耗大戶(hù)。“七五”期間，窯爐能耗占全國(guó)工業(yè)總能耗的1/4，占工業(yè)能耗的40%。而工業(yè)爐平均熱效率較低，只有20%左右。產(chǎn)品平均單耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高出40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，窯爐大部分能量歸結(jié)為排煙損失，估計(jì)全國(guó)每年這部分能量相當(dāng)于超過(guò)5000萬(wàn)t的標(biāo)準(zhǔn)煤。針對(duì)這種情況，提高我國(guó)工業(yè)爐燃料利用率及煙氣余熱回收率從而達(dá)到節(jié)能的潛力是很大的。 
以來(lái)，大氣有害物超標(biāo)排狀況在我國(guó)相當(dāng)嚴(yán)重。世界10個(gè)大氣環(huán)境污染嚴(yán)重的城市，我國(guó)就占了7個(gè)。為降低大氣污染物排放量，首先要降低能耗，其次是控制排放量。而這2點(diǎn)正好符合HTAC的技術(shù)特征，即、節(jié)能和低污染。因此，HTAC技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用勢(shì)在必行。 
從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，煤等固體燃料占的比重較大，液體和氣體燃料比重較小。但進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，總的發(fā)展趨勢(shì)是燃煤和燃油的窯爐比例下降，而燃?xì)獾母G爐比例大幅度上升。盡管目前HTAC技術(shù)還僅適合于直接燃用氣體及部分液體燃料，但隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、“西氣東輸”工程的實(shí)施、四川、內(nèi)蒙等地不斷發(fā)現(xiàn)天然氣新資源以及HTAC技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，可以預(yù)計(jì)，HTAC技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用將會(huì)有迅速的發(fā)展。
6 結(jié)語(yǔ) 
HTAC技術(shù)具有、節(jié)能和低污染等特性，自從面世以來(lái)，就受到世界工業(yè)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。它*打破了傳統(tǒng)燃燒的模式，進(jìn)入到新的未知領(lǐng)域——高溫低氧燃燒領(lǐng)域。它是一項(xiàng)既節(jié)能又利于環(huán)保且活力的技術(shù)，值得大力推廣和開(kāi)發(fā)。對(duì)于企業(yè)界來(lái)說(shuō)，它可以大幅度降低能耗和生產(chǎn)成本，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 HTAC技術(shù)被認(rèn)為是具有創(chuàng)造性、實(shí)用性以及增長(zhǎng)潛力的新的戰(zhàn)略技術(shù)。 
我國(guó)能源狀況不容樂(lè)觀，高能耗、高污染、低效率相當(dāng)嚴(yán)重。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，將面臨能源緊張的嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此，大力推廣HTAC技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用，將為我國(guó)快速發(fā)展帶來(lái)一次歷史機(jī)遇。開(kāi)發(fā)出空氣、煤氣雙預(yù)熱的燃燒系統(tǒng)，并將空氣、發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒器技術(shù)成功應(yīng)用在熔鋁爐上。應(yīng)用實(shí)踐表明，發(fā)生爐煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)是成熟的。北京神霧公司研制開(kāi)發(fā)的組合式雙蓄熱式燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)生爐煤氣雙預(yù)熱，節(jié)能*，同時(shí)減少氧化燒損，提高產(chǎn)品加熱質(zhì)量，提高加熱效率，減少CO2和NOx污染物排放。該技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。高溫空氣燃燒技術(shù)作為一項(xiàng)節(jié)能降耗新技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐窯，并可顯著改善各工業(yè)行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)和效率。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：正確操作減壓閥