【文章內(nèi)容簡介】 并具有 HTAC技術與產(chǎn)品體系的知名高技術企業(yè)。 本項目“ 蓄熱式高溫空氣燃燒工業(yè)爐窯 ”包括理論研究和工業(yè)應用兩方面：理論研究方面主要是新型工業(yè)爐窯（如熱處理爐、烘干爐、垃圾焚燒爐、乙烯化工裂解爐等）燃燒器燒嘴、換向與自控系統(tǒng)、爐 １２ 型與爐體結構的試驗研究和新產(chǎn)品研制。工業(yè)應用方面主要是對蓄熱體在工業(yè)爐燃燒運行中變形、裂 紋燒蝕損壞及工作壽命的研究，蓄熱體運行中出現(xiàn)沉積物堵塞及蓄熱體加工、安裝技術的研究等。特別將針對國內(nèi)軋鋼工業(yè)爐加熱設備陳舊、能耗高、污染嚴重、熱效率低和生產(chǎn)成本高等諸多問題，采用 HTAC 技術對其進行脫胎換骨的技術改造。對于采用低熱值燃料應用和推廣 HTAC 技術，進行深入的理論研究和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。就目前國內(nèi)市場來看，北京神霧公司 HTAC 技術已處于領先地位，具有較強的技術優(yōu)勢，發(fā)展前景廣闊。 高溫空氣燃燒系統(tǒng)由一對高效蓄熱室（內(nèi)裝蜂窩陶瓷蓄熱體或陶瓷小球）、一對燃燒器（燒嘴）、一組換向機構和一套控制系統(tǒng)組成。本項目 擬重點開展的 HTAC 關鍵技術及產(chǎn)品研發(fā)內(nèi)容主要有：蓄熱體、換向機構、爐溫和換向自動控制系統(tǒng) 等 三大部分。 （ 1）蓄熱體 20 世紀 90 年代初，日本工業(yè)爐株式會社田中良一領導的研究小組開始采用熱鈍性小的蜂窩式陶瓷蓄熱體，取得了良好的效果。與球形蓄熱體相比，蜂窩式陶瓷蓄熱體在比表面積、重量、壓力損失、換向時間等方面具有很大的優(yōu)越性。在我國，蜂窩式蓄熱體在蓄熱式燃燒系統(tǒng)中的工業(yè)應用得到了越來越多的重視。 本項目擬對蜂窩式蓄熱體的熱工特性進行深入研究，以期尋求增加蜂窩式蓄熱體比表面積（國外先進水平能達到 1400 23/mm，國內(nèi)目前一般只能達到 600～ 700 23/mm），提高耐溫性的最優(yōu)化方案。 對蓄熱體在工業(yè)爐燃燒運行中出現(xiàn)的變形、裂紋、燒蝕損壞以及 １３ 工作壽命問題進行系統(tǒng)性研究；對蓄熱體在工業(yè)爐燃燒運行中出現(xiàn)沉積物（如積炭或沉積磷、硫化合物等）堵塞蓄熱體故障進行研究。以期找到解決上述諸多問題的良好方法。 （ 2）換向機構 換向機構是蓄熱式高溫空氣燃燒技術中很重要的一個組成部件。由于在工作期間換向機構要進行頻繁換向，因此，它的工作可靠性 將直接影響到工業(yè)爐窯的工作性能。 目前國內(nèi)投產(chǎn)的加熱爐大多數(shù)采用大型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，相對而言故障率較低。但由于大型四通換向閥一般布置在爐子一側(cè)，連接到爐子兩側(cè)的管道長度不一樣，即不對稱，這樣會造成整個燃燒系統(tǒng)燃燒時的不對稱。在雙預熱系統(tǒng)燃氣的換向過程中，由于燃氣和廢氣交替經(jīng)過同一管道，管道的長短將直接影響燃氣的耗量及燃燒效果。 隨著換向閥技術的進步，出現(xiàn)了連接每相鄰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方式強烈。為解決這一問題，可采用安裝在每一個燒嘴上的小型三通閥分散換向方式。此方式既消除了小四通換向閥的不足，又可根據(jù)需要實現(xiàn)燒嘴間的靈活配對。但使用小三通換向閥最大缺點是數(shù)量多，相對故障率較高；而且其安裝在燒嘴附近，一旦因某種原因發(fā)生超溫而未及時處理，將很容易損壞。 本項目擬開展各種換向機構安全穩(wěn)定運行研究以及疲勞試驗研 １４ 究等，以期達到提高各種換向機構使用可靠性，延長各種換向機構使用壽命的目標。 另外，本項目還擬開展大型臥式四通換向閥的研制工作，以期解決現(xiàn)有四通換向閥 “不對稱性”所引起的爐內(nèi)換向時出現(xiàn)的劇烈壓力波動和氣流波動。這將有利于火焰的穩(wěn)定燃燒和縮短火焰在爐內(nèi)燃燒的間斷時間，便于爐內(nèi)溫度和壓力的精確檢測，從而為加熱爐的自動控制打下良好的基礎。 （ 3）爐溫和換向自動控制系統(tǒng) 采用 HTAC 技術的工業(yè)爐窯中自動控制系統(tǒng)主要包括爐溫控制和換向控制兩部分內(nèi)容，換向控制獨立于爐子的其它控制回路。 換向控制采用定時（如 70s）和定溫（如 150?C）雙控制單元。優(yōu)先采用定溫控制邏輯，即達到設定溫度就進行換向。如果爐溫很低（比如在烘爐階段），廢氣的排除溫度在設定的最大時間內(nèi)仍沒有達到預設的換向溫度，則在這一時刻也進行換向，這樣可以保證蓄熱室始終運行在最佳工作狀態(tài)下。 上述控制方式是比較簡單的一種控制方式，在較為復雜的工況下，例如在爐溫波動頻繁時，若采用這種控制方式，則爐溫控制和換向控制之間的協(xié)調(diào)比較困難。 本項目擬開展 L2 過程控制系統(tǒng)（在線二級過程控制系統(tǒng)）的研發(fā)及其在工業(yè)爐窯燃燒和換向自動控制系統(tǒng)中的應用工作。 ① L2 過程控制系統(tǒng)介紹 在鋼材的熱加工成型過程中，將鋼坯從裝料溫度升溫到適于軋制 １５ 的出料溫度是加熱爐所完成的功能。不僅溫度必須在正確的范圍內(nèi)，而且所加熱鋼坯溫差也必須減到最小 。由于無法通過直接測量獲得這些信息，所以加熱過程的準確控制是很困難的。 加熱爐 L2 過程控制系統(tǒng)包括了一個加熱爐內(nèi)熱傳導的精確計算數(shù)學模型，這個模型計算二維矩陣每一位置的鋼溫，所以鋼坯整體溫度及其分布就可以求得，這個模型的精度已在許多應用中得以測試和確認。通過加熱爐 L2 過程控制系統(tǒng)可以優(yōu)化鋼坯的加熱。 ② L2 過程控制系統(tǒng)的預期目標： ●按照對各種鋼坯預定的“最佳工藝 ” 來加熱，可以完成對包括過渡期和延誤期加熱爐整個范圍的過程控制； ●由于知道實際鋼坯溫度，所以可以改進控溫爐段的供熱控制精度； ●減少爐子的燃料消 耗； ●改善出料溫度的控制； ●減少被加熱鋼坯的氧化和脫碳。 ③ L2 過程控制系統(tǒng)的預期效益 ●減少燃料消耗； ●減少鐵皮生成 ,對提高產(chǎn)量會有直接影響； ●最精確控制所需平均出料溫度。 2．項目技術指標與國內(nèi)外同類技術全面綜合對比情況 自 20 世紀 80 年代中期以來，國內(nèi)熱能與燃燒領域科研院所和高 １６ 等學校相繼開始對 HTAC 技術進行基本理論研究。針對陶瓷球蓄熱體的阻力特性和換熱性能進行了冷熱態(tài)試驗，得到了陶瓷球蓄熱體阻力特性和換熱特性與蓄熱室結構參數(shù)間的基本規(guī)律，為陶瓷球蓄熱體燃燒器燒嘴的合理設計奠定了理論基礎。但 到目前為止，國內(nèi)研究開發(fā)的 HTAC 技術多數(shù)僅是 HTAC 的單項技術，比如單一的部件產(chǎn)品 —— 燒嘴等，還不能大規(guī)模工業(yè)化應用。 本項目針對工業(yè)爐窯的 HTAC 關鍵技術進行了系統(tǒng)的研究試驗和系列新產(chǎn)品研制開發(fā)工作；同時對于蓄熱體在工業(yè)爐燃燒運行中變形、裂紋、燒蝕損壞及工作壽命研究，以及蓄熱體運行中出現(xiàn)沉積物堵塞和蓄熱體及燒嘴加工、安裝技術等進行了研究和技術改進。特別針對國內(nèi)軋鋼工業(yè)爐加熱設備陳舊、耗能高、污染嚴重、熱效率低、生產(chǎn)成本高諸問題，采用 HTAC 技術對其進行全面的技術改造以及采用低熱值燃料和推廣 HTAC 技術方 面，都已取得顯著效益。 日本在 90 年代投入上億美元，由政府倡導，大學、研究所和企業(yè)共同參與開發(fā)， 94 年開始推廣應用，目前已推廣應用數(shù)百座大型工業(yè)爐，取得節(jié)能 35%以上的效果。英國、美國也投入開發(fā)多年，技術產(chǎn)品均比較成熟。國外產(chǎn)品一方面價格昂貴，企業(yè)運行成本高；另一方面國外 HTAC 技術僅適用于優(yōu)質(zhì)燃氣燃油，不適應國內(nèi)普遍應用的重柴油、重渣油和低熱值燃氣。 在國內(nèi)， 北京神霧公司 組積極對國外技術和信息進行調(diào)研，在實驗室進行熱工特性和可行性分析，認為 HTAC 技術應用于我國，將給各企業(yè)節(jié)能和改善環(huán)境帶來巨大經(jīng)濟和社會 效益。國外一些企業(yè)出于 １７ 贏利，對中國實行長期信息和技術封鎖。 北京神霧公司 努 力通過國內(nèi)外調(diào)研和收集，填補了國內(nèi)這項燃燒領域的信息和技術空白， 在 HTAC燃燒的理論研究方面結合中國實際做了很多工作，在 HTAC 燃燒的數(shù)值計算方面超過了國外承擔 HTAC 數(shù)值計算的日本研究組水平，例如最先完成了換向下火焰結構的模擬。 北京神霧公司引入并結合中國實際，研發(fā)了多項 HTAC 在中國爐窯上的應用技術，建立了先進的技術開發(fā)和設備制造系統(tǒng)，目前已是國內(nèi)向企業(yè)提供 HTAC 成套技術和裝備最大的企業(yè)。 2020 年營業(yè)額已達十幾億元。瑞典國家鋼鐵 公司 SSAB 代表參觀中國 HTAC 技術后，已委托北京神霧公司為 SSAB 提供 HTAC 技術和裝置。 3．本企業(yè)或技術依托單位、合作單位的研究開發(fā)實力 北京神霧公司是我國開展高溫空氣燃燒研發(fā)與應用的主要企業(yè)，占有國內(nèi)份額一半以上。到目前為止，已有 180 家鋼鐵企業(yè)和有色、石化企業(yè)應用北京神霧公