高温蓄热燃烧工作原理

铁匠

目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、高预热空气和煤气温度以及低氮氧化合物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。

1. 系统组成

蓄热式燃烧系统主要由热交换器、燃烧器、换向系统组成。其原理为:当助燃空气和煤气分别通过一个烧嘴的空气蓄热室和煤气蓄热室进入炉膛内燃烧时，另一个烧嘴充当排烟的角色，烟气通过空气和煤气蓄热室将热量储存在蜂窝体中;下一个状态，通过换向系统的切换，两个蓄热室的职能进行交换，空气和煤气通过上一个状态被加热的蜂窝体，迅速被加热到接近炉膛温度，高速进入炉膛形成低氧燃烧;高温烟气通过另一个蓄热室以高于露点温度10～20℃排出。
高温空气燃烧技术将空气和煤气预热到800～1000℃以上，可带来以下好处:①提高加热装置的热效率，减少能源的消耗;②燃烧温度得到了极大的提高，使原本无法使用的低热值煤气得到应用;③由于减少能源消耗而减少了CO2 的排放，缓解了温室效应;④由于炉内为贫氧燃烧，使温度场更加均匀，同时减少了NOx 的排放。

2. 以液体、高热值煤气为燃料的蓄热式高风温燃烧系统的工作原理

蓄热式燃烧系统在正常工作时，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，冷空气通过炽热的蓄热体，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，此燃料通路关闭，燃烧产物在引风机的作用下经燃烧通道到蓄热体，将热量传递给蓄热体后，经烟道由烟囱排出。
在加热炉上应用的蓄热式燃烧系统的换向周期一般为1～3min，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设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，两只烧嘴互换工作状态，工作原理与结构如图所示。


蓄热式燃烧器两个为一组，可根据炉子的工艺要求和操作方便等情况灵活安装，可相对安装也可同侧并列安装。

3. 以低热值煤气为燃料的蓄热式高风温燃烧系统(双高温调温式)的工作原理
此系统工作原理与上一种基本相同，只不过是以低热值煤气为燃料，空气、煤气同时预热。当一只烧嘴处于燃烧工作状态时，冷煤气、冷空气通过炽热的蓄热体被加热;另一只烧嘴一定处于蓄热状态，燃烧产物在引风机的作用下经燃烧通道到空气、煤气蓄热体，加热蓄热体后;经烟道由烟囱排出。

此种系统的换向周期也为1～3min，采用双重信号控制，使两只烧嘴互换工作状态，工作原理与结构如下图所示。


由于蓄热式加热炉的烧嘴一般成对布置，燃料和空气从一个烧嘴供入，烟气从另一个烧嘴流出，炉内烟气的流向与传统加热炉明显不同，所以蓄热式加热炉在炉型结构上一般没有明显的分段，炉膛空间是方正的，区段的划分主要考虑热工控制的需要。

近几年，高风温燃烧技术除用于轧钢加热炉的改造外，还成功应用于其他工业炉窑(如热处理炉、均热炉、钢包烘烤器等)，获得了同样的节能效果。

4. 蓄热式加热炉技术特征

蓄热式加热炉技术的核心是高风温燃烧技术，具有高效烟气余热回收(排烟温度低于150℃)，高预热空气温度(空气预热温度高于800℃)和低NOx 排放等多项优越性。

采用蓄热式加热炉技术，具有如下优势与特征:
①可将加热炉排放的高温烟气降至150℃以下，热回收率达80%以上，节能30%以上;
②可将煤气和空气预热到1000℃以上;
③加热能力提高，生产效率提高10%～15%;
④减少氧化烧损，使氧化烧损小于0.7%;
⑤有害废气量(如CO2、NOx 、SOx 等)的排放大大减少。