【文章內(nèi)容簡介】 分迅速，現(xiàn)已有數(shù)十座加熱爐在使用該技術(shù)并取得良好效果。在蓄熱式燃燒技術(shù)實際應(yīng)用中，由于蓄熱體配置形式的不同以及是否空氣、煤氣雙預(yù)熱，表現(xiàn)出爐子結(jié)構(gòu)的多樣化。盡管如此，蓄熱式燃燒技術(shù)均存在四個方面的問題值得研究，即：蓄熱體設(shè)計、空氣和煤氣噴口設(shè)計、點火裝置設(shè)計和換向設(shè)計。（2）蓄熱式燃燒技術(shù) 實際應(yīng)用中的幾個問題1） 蓄熱體設(shè)計 蓄熱體是蓄熱式燃燒技術(shù)最關(guān)鍵的部件，直接影響蓄熱室的大小、熱效率和經(jīng)濟(jì)效益的高低。評價蓄熱體的性能時，熱效率、溫度效率、阻力損失、使用壽命、清灰難易等都是重要指標(biāo)。一般地說，對蓄熱體要求起蓄熱量大，換熱速度快，高溫下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，可承受較大熱應(yīng)力，頻繁冷熱變換時無脆裂、脫落和變形，性價比高等。常用的蓄熱體形狀有球狀、蜂窩狀、片狀和管狀等，材質(zhì)有粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、莫來石質(zhì)、炭化硅質(zhì)和鑄鐵等。① 球狀蓄熱體（簡稱蓄熱球）蓄熱球是目前過內(nèi)應(yīng)用最廣泛的蓄熱體。他的特點是制造工藝簡單，安裝方便，可重復(fù)利用；缺點是蓄熱能力受高度和比表面積（既單位體積蓄熱體的換熱面積）的影響，阻力損失較大，蓄熱/放熱速度較慢。一般來說，蓄熱體的比表面積越大，高度（介質(zhì)水平流動時則為厚度）越高，它的熱效率和溫度效率則越高，但實驗研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)蓄熱球的比表面積大于250m/m時，再增大蓄熱球的比表面積對各熱工指標(biāo)的影響并不明顯，最佳球徑為15~20mm。對于一定球徑的蓄熱體其高度也偶一個最佳范圍，再增大時蓄熱體的高度對各熱工指標(biāo)的影響并不明顯。此外，隨著蓄熱球球徑的減少或高度的增加，蓄熱體的阻力損失增大。 蓄熱球的材質(zhì)主要有粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)，現(xiàn)多用高鋁質(zhì)或莫來石質(zhì)。成型工藝主要有滾動成型法和機(jī)壓成型法，機(jī)壓成型法因具有化學(xué)純度高、體積穩(wěn)定性好、熔點高、抗渣性強(qiáng)、高溫強(qiáng)度高等優(yōu)點而應(yīng)用前景 較好 。② 蜂窩壯蓄熱體（簡稱蜂窩體）蜂窩體由于壁?。ǎ?、孔徑?。ㄈ?mm）,和蓄熱球相比，具有比表面積大（球的4~6倍），蓄熱/放熱快，有效流通面積大（球的7倍）和阻力損失?。ㄇ虻?/3）等優(yōu)點，目前在國內(nèi)已有應(yīng)用。但由于其容重較?。ㄇ蟮?/10），導(dǎo)致單位體積的蓄熱量較小，換向時間較短（40~70s），大大增加了換向閥的動作頻率。蜂窩體的材質(zhì)主要有青石質(zhì)、高鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)。青師質(zhì)雖體積穩(wěn)定性較好，但荷重軟化點較低，滿足不了蓄熱體高溫測工況需要，已有熔化損壞的實例。壽命較短是影響蜂窩體推廣的主要原因，需要材料配方、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造工藝上進(jìn)一步改進(jìn)。應(yīng)用設(shè)計時可適當(dāng)增加壁厚和孔距來提高容重和耐久性。2）空氣、煤氣噴口設(shè)計 傳統(tǒng)的燃燒概念是利用氧含量21%的空氣或氧含量超過21%的富氧空氣與燃料反映進(jìn)行燃燒，為了保證燃燒充分和火焰穩(wěn)定，在擴(kuò)散燃燒燒嘴空氣、煤氣噴口設(shè)計中常采取促進(jìn)空氣和煤氣在爐膛中混合的措施，如交叉射流或同心旋流的應(yīng)用。而在蓄熱式燃燒技術(shù)中，空氣和（或）煤氣被預(yù)熱到高溫（800℃以上）后，即使空氣中的氧濃度大幅度降低（如4%~6%），仍能穩(wěn)定燃燒，而且空氣和煤氣噴入爐膛后擴(kuò)散速度大幅度提高，可實現(xiàn)自發(fā)燃燒此時，如果空氣和煤氣噴口仍按傳統(tǒng)擴(kuò)散燃燒燒嘴那樣設(shè)計，勢必導(dǎo)致爐膛局部溫度過高，坯料過燒，爐襯損壞，NO劇增等。為此，在蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用設(shè)計中，空氣、煤氣噴口一般都相互獨立，但二者的相對位置和間距，形成的空氣、煤氣射流平行或稍帶交角等細(xì)節(jié)問題值得認(rèn)真研究，因為它直接影響到爐膛溫度的均勻程度，坯料的氧化燒損，NO的生成量和燒嘴調(diào)節(jié)比的大小等。值得一提的是，此問題目前尚未音義足夠的重視?？諝狻⒚簹鈬娍诘脑O(shè)計原則是保證二者既不能擴(kuò)散燃燒太快，又不能使煤氣被吸入對側(cè)蓄熱室而二次燃燒；為降低坯料氧化燒損，以高溫空氣不直接掠過坯料表面為宜。空氣、煤氣噴口的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)具體爐子的爐膛尺寸、空氣和煤氣預(yù)熱溫度、煤氣熱值和空氣、煤氣噴口處的壓力等因素來設(shè)計。3） 點火裝置設(shè)計在蓄熱式燃燒技術(shù)中，煤氣處于一種間斷輸送狀態(tài)，因此在爐膛溫度低于600℃時，如果沒有點火裝置則無法實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，甚至出現(xiàn)爐膛內(nèi)爆炸事故。實踐中很多爐子采用了單獨設(shè)置一些常規(guī)燒嘴的辦法，一方面增加了管道復(fù)雜程度，另一方面由于數(shù)量有限，爐膛升溫速度較慢。另一種做法是每一個煤氣噴口或燒嘴處設(shè)置專門的點火裝置，形成一個點火小火炬，并確保該火炬在煤氣切斷（空氣單預(yù)熱）或煤氣噴口反吸煙氣（空氣/煤氣雙預(yù)熱）時不熄滅。點火裝置是否可靠合理對爐子操作的安全性和靈活性十分重要，設(shè)計時需根據(jù)技術(shù)水平和現(xiàn)場情況等綜合考慮。4） 換向方式設(shè)計目前國內(nèi)投產(chǎn)的加熱爐大多數(shù)采用四通換向閥分段集中換向方式，其優(yōu)點是換向閥數(shù)量較少，控制簡單，但由于燒嘴（或）噴口到四通換向閥之間在換向時存在“死區(qū)”，造成短時間空燒或煤氣損失（煤氣預(yù)熱，參與換向時），較寬的爐子或采用蜂窩體換向周期較短的爐子尤甚。如果四通換向閥布置在爐子一側(cè)，還存在兩側(cè)燒嘴（或噴口）管網(wǎng)阻力不對稱的問題。隨著換向閥技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了連接每相臨兩個燒嘴的小型化四通換向閥分散換向方式。此方式由于換向閥緊鄰燒嘴，克服了集中換向的不足，但爐膛煙氣沿爐寬方向的擾動不如集中換向的面對面換向的方式強(qiáng)烈。為解決這一問題，最近出現(xiàn)了安裝在每一個燒嘴上的小型三通閥分散換向方式，此方式既消除了換向閥到燒嘴間的“死區(qū)”，又可根據(jù)需要實現(xiàn)燒嘴間靈活配對，其推廣價值還需在實踐中加以檢驗。（3） 結(jié)論在蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用中：1）蓄熱球是較成熟的蓄熱體，但其比表面積較小；蜂窩體需重點提高耐久性。2）空氣、煤氣噴口的設(shè)計需根據(jù)爐膛尺寸、空氣和煤氣預(yù)熱溫度、煤氣熱值和空氣、煤氣噴口 處壓力等因素來設(shè)計。3） 在每個煤氣噴口或燒嘴處設(shè)置點火裝置，具有中低溫時調(diào)節(jié)靈活和升溫較快的優(yōu)點4） 換向方式正在向小型化、換向閥分散控制發(fā)展。 （1）應(yīng)用領(lǐng)域1）無論各種發(fā)射熔煉爐、各種加熱爐、各種熱處理爐及各種烘烤設(shè)備均可應(yīng)用，而以反射熔煉爐最能發(fā)揮其優(yōu)越性。2） 無論各種大型工業(yè)爐、各種中型工業(yè)爐和各種小型工業(yè)爐均可應(yīng)用，而以小型工業(yè)爐最能發(fā)揮其優(yōu)越性3）無論各種類型的加熱爐：推鋼式爐、步進(jìn)式爐、多室式快速爐均可應(yīng)用，而以多室式快速爐最能發(fā)揮起優(yōu)越性。4）無論各種發(fā)熱值的燃料：高發(fā)熱值的、中發(fā)熱值的和低發(fā)熱值的均可應(yīng)用，而以高發(fā)熱值的燃料最能發(fā)揮起優(yōu)越性。（2） 應(yīng)用效果1）空、燃雙氣經(jīng)蓄熱體蓄熱換熱后的溫度與進(jìn)入蓄熱體的煙氣溫度很接近，只差100℃。所以，其溫度效率高達(dá)95%，排放煙氣的溫度接近“露點”，僅150℃，其熱揮手率高達(dá)80%以上，爐子的熱效率高達(dá)70%。爐子的生產(chǎn)率提高20%~30%。1)由于切換頻率高及實施貧氧燃燒，爐溫更加均勻，溫差僅177。5℃。爐體壽命延長，加熱質(zhì)量好，煙氣含氧量低，氧化燒損小，%。2)節(jié)能顯著：比冷空氣節(jié)能60%~65%，比換熱器預(yù)熱助燃空氣節(jié)能30%以上，空燃雙氣皆高溫預(yù)熱，其節(jié)能更為顯著。3)環(huán)保好：排放煙氣中溫室氣體CO含量減少40%以上，有毒氣體NO含量減少60%以上，排煙總量減少1/3。由于其燃燒方式不同于高速噴出燒嘴式火焰燃燒，而是貧氧無焰燃燒，所以其燃燒的噪音也特別低。4)可使用單一的低熱值劣質(zhì)燃?xì)狻?)排煙溫度低，維護(hù)費用低，因蓄熱式工業(yè)爐的排煙溫度接近露點，＜150℃。不用高溫?zé)煹馈⒏邷責(zé)焽?，可用一般工業(yè)用引風(fēng)機(jī)，不僅改善了工作環(huán)境，減輕了勞動強(qiáng)度，也大大減低了維護(hù)費用及投資。6)減低投資，占地少，回收期短：雖然其投資與傳統(tǒng)窯爐相比要價格高，但因其經(jīng)濟(jì)效益特別顯著，爐子的建設(shè)投資一般一年內(nèi)即可收回。7)HTAC使用性強(qiáng)：適用于燃油、燃?xì)獾牟煌に囈蟮母邷毓I(yè)領(lǐng)域的窯爐。如軋鋼加熱爐、均熱爐、加熱爐、鋼包烘烤裝置，熔鋁爐、銅反射爐、玻璃熔化爐、罩式熱處理爐、環(huán)形加熱爐、輻射管氣體滲碳爐、鍛造爐、梭式爐等等。(3） 應(yīng)用前景高溫空氣燃燒技術(shù)是一項跨實際的高效節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，具有極限余熱回收和超低CO、NO排放的優(yōu)越性。該項技術(shù)適應(yīng)性很強(qiáng)，所覆蓋的行業(yè)十分廣泛。它的推廣應(yīng)用不僅能使我國工業(yè)能源結(jié)構(gòu)得到改善，能耗指標(biāo)能較快地趕上世界先進(jìn)水平，尤其能使我國大氣污染狀況嚴(yán)重的局面得到迅速的控制和改善。這將對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略起到重要的作用。1） 采用煤的氣化方法，擴(kuò)大HTAC使用能源范圍 雖然空、燃雙氣高溫預(yù)熱解決了低熱值燃?xì)獾膽?yīng)用問題，但總的來說HTAC目前只適用于氣體和液體燃料，至今尚未見有關(guān)HTAC在燃煤設(shè)備上的應(yīng)用，而我國燃煤的工業(yè)窯爐占70%以上。燃?xì)?、油的工業(yè)爐窯只占20%多，故而使HTAC的推廣應(yīng)用范圍受到了很大的限制，因燃煤時產(chǎn)生大量的灰粉，其煙氣的腐蝕性很高，這就嚴(yán)重影響到蓄熱體、換向閥的工作安全性、可靠性及壽命。為此要首先解決煤炭的氣化問題，如使用發(fā)生煤氣、煤礦井下煤制氣，及最近日本提出利用HTAC技術(shù)來實現(xiàn)煤的高溫氣化（1300℃），然后再將由此產(chǎn)生的煤氣輸入鍋爐里進(jìn)行高溫燃燒?？傊捎妹旱臍饣椒▉硎菍崿F(xiàn)固體燃料在HTAC上的應(yīng)用，這項技術(shù)的實現(xiàn)將對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生難以估量的影響。2）發(fā)展天然氣能源，改善能源結(jié)構(gòu)天然氣發(fā)熱值高而且非常潔凈，其在HTAC上使用較為理想。尤其將使用天然氣的HTAC技術(shù)應(yīng)用到熱處理行業(yè)（包括金屬制品的熱處理）上就更為理想，因它對實現(xiàn)小、無氧化熱處理技術(shù)特別有利。但由于我國天然氣過去開發(fā)量小、價高，故在工業(yè)爐窯上應(yīng)用很少，用電能的熱處理爐占到90%以上。在歐、美、日熱處理行業(yè)用天然氣能源占1/4以上。眾所周知點是二次能源，一般燃料發(fā)電效率約為36%，電能的熱效率上限為80%,即燃料的點熱效率上限約合29%。%，比電熱效率高近1倍。如HTAC使用天然氣，其熱效率可達(dá)80%以上，比電熱效率高近2倍。此外對提高熱處理的產(chǎn)品質(zhì)量很有好處，因天然氣本身就是一種還原性保護(hù)氣氛。用天然氣制備吸熱式氣氛是國外滲碳的主流技術(shù)方法。開發(fā)推廣應(yīng)用HTAC天然氣熱處理爐既可大大提高熱處理生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，又可大大提高我國熱處理行業(yè)少、無氧化加熱的程度。我過的天然氣儲備與俄羅斯接近?！笆濉遍_發(fā)兩項西氣東輸工程，預(yù)計“十五”末天然氣產(chǎn)量超過500億m/年，為發(fā)展天然氣能源，發(fā)展HTAC改善能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境保護(hù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益，保證我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2） 擴(kuò)大HTAC應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用蓄熱式技術(shù)來蓄熱換熱早在1858年就發(fā)明了，但因它的笨重，往往蓄熱室比爐體本身還大，造價高，因此其應(yīng)用一直受到限制。一直到上世紀(jì)80年代末期，因蓄熱體無論在材料、尺寸、形狀、厚度和換熱面積等方面取得了重大突破，同時換向時間大大地縮短，致使老的蓄熱室技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，再加上貧氧燃燒這種全新的概念，從而在熱工界出現(xiàn)了一場新的技術(shù)革命。但任何事物都是發(fā)展的，HTAC亦是如此，尤其是它現(xiàn)在在我國尚未普及及推廣應(yīng)用，尚存在一定的問題，除了它的機(jī)制理論方面尚待深入研究外，在應(yīng)用實踐上也需要進(jìn)一步研究改善蓄熱體、換向閥、燒嘴、爐體材料等關(guān)鍵部件的材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、壽命等等，使蓄熱式工業(yè)爐更加高效、潔凈、向小型化、輕型化發(fā)展，擴(kuò)大HTAC的應(yīng)用領(lǐng)域。3） 總結(jié)經(jīng)驗，加速推廣應(yīng)用 近年來，HTAC在我國一直受到政府的重視和支持。科技界開展了深入的研究與開發(fā)，現(xiàn)已擁有了多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)及專利技術(shù)?？蒲性O(shè)計部門與鋼鐵企業(yè)合作，大力在軋鋼加熱爐上進(jìn)行了蓄熱式加熱爐的改造，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前已改造及新建的蓄熱式工業(yè)爐已不下100多臺，運行效果都十分理想，據(jù)權(quán)威人士估算，這項跨世紀(jì)的先進(jìn)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，每年可為中國企業(yè)帶來300億元以上的經(jīng)濟(jì)效益，每年可給國家節(jié)約折合3000萬t以上的標(biāo)煤?？萍冀缗c工業(yè)界應(yīng)很好地總結(jié)交流，政府應(yīng)從財力上和政策上給予進(jìn)一步的支持，使HTAC得以迅速推廣應(yīng)用，使我國的工業(yè)能耗指標(biāo)在最短的時間內(nèi)趕上世界先進(jìn)水平。 技術(shù)數(shù)據(jù)爐子的產(chǎn)量：P=120t/h加熱料坯材質(zhì)：20鋼料坯尺寸：1501506000mm金屬加熱參數(shù)：料坯加熱初始溫度：20℃ 料坯加熱終了時的表面溫度：1200℃ 料坯加熱終了時的斷面溫差：30℃燃料：高爐煤氣， 高爐煤氣成分成分煤氣%————煤氣預(yù)熱溫度（燒嘴前）：t=1000℃空氣預(yù)熱溫度（燒嘴前）：t=1000℃ 設(shè)計計算 燃料燃燒計算（1）高爐煤氣干、濕成分轉(zhuǎn)換1）煤氣溫度20℃，查《火焰爐設(shè)計計算參考資料》表12得，g=，則k==2)由于K=,計算得高爐煤氣的濕成分， 高爐煤氣的濕成分成分煤氣%——(2)高爐煤氣低發(fā)熱值Q=+=+=3291KJ/NM(3)空氣需要量的計算1）理論空氣需要量L===2)實際空氣需要量L,取n=L== NM/NM3）燃燒產(chǎn)物生成量及成分1 NM的煤氣完全燃燒的燃燒產(chǎn)物中各成分的體積V=(+)= NM/NMV=()= NM/NMV=(+)= NM/NMV=(++)= NM/NM（） 高爐煤氣燃燒產(chǎn)物生成量（NM/NM）及成分（%）成分合計生成量體積含量%1004）5）理論燃燒溫度由t=1000℃,查得C=。t=1000℃。設(shè)t=1800~2100℃,查得C= KJ/NM.設(shè)Q=0,得 t==1849℃≮1800℃因t≤2000℃,故Q可以忽