高效蓄熱式工業(yè)爐的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李領(lǐng)

摘要：本文主要敘述了利用高效蓄熱燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)的高效蓄勢(shì)式工業(yè)爐，它將蓄熱式熱回收和換向式燃燒系統(tǒng)與爐體結(jié)合于一體，可將空氣和煤氣雙預(yù)熱到1000℃，系統(tǒng)排煙溫度低于150℃。在軋鋼加熱爐上可以以全高爐煤氣為燃料。工業(yè)爐熱效率達(dá)到70%以上，并提高加熱質(zhì)量、減少鋼坯氧化燒損，在工業(yè)爐上應(yīng)用的實(shí)際結(jié)果表明，高效蓄熱式工業(yè)爐技術(shù)取得了顯著的節(jié)能和環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞：蓄熱燃燒；高爐煤氣；加熱爐；節(jié)能

1 概論

我國(guó)是世界能源消耗大國(guó)，節(jié)能與環(huán)保工作已成為直接關(guān)系到我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能否順利實(shí)施的大事。高溫空氣燃燒技術(shù)是一種全新型燃燒技術(shù)，它具有高效煙氣余熱回收和高溫預(yù)熱空氣以及低NOx排放多重優(yōu)越性，主要用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、建材等工業(yè)部門中的各種工業(yè)燃料爐，得了國(guó)際工業(yè)界和科學(xué)界的廣泛關(guān)注，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。它采用蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換空氣與煙氣的顯熱，將燃燒空氣和煤氣預(yù)熱1000℃以上的溫度，形成與傳統(tǒng)火焰（諸如擴(kuò)散與預(yù)混火焰 等）迥然不同的新型火焰類型，創(chuàng)造出爐內(nèi)優(yōu)良的均勻溫度分布?？梢哉f(shuō)，高溫空氣燃燒技術(shù)大幅度地節(jié)能和大幅度減少NOx排放量的成績(jī)是劃時(shí)代的，體現(xiàn)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的巨大優(yōu)越性。

2 高效蓄熱式工業(yè)爐的工作原理

高效蓄熱式工業(yè)爐由熱回收系統(tǒng)、換向式燃燒系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，高效蓄熱式工業(yè)爐的熱效率可達(dá)到70%，這種換向式燃燒方式改善了爐內(nèi)的溫度均勻性。由于很方便地把煤氣和助燃空氣預(yù)熱到高達(dá)1100℃，可以在高溫工業(yè)爐使用高爐煤氣做為燃料，從根本上解決了高爐煤氣的放散導(dǎo)致污染環(huán)境的問(wèn)題。

在A狀態(tài)下煤氣和來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的助燃空氣經(jīng)換向分別進(jìn)入左側(cè)通道，而后由下向上通過(guò)蓄熱室，預(yù)熱后的煤氣與空氣從左側(cè)通道噴出并混合燃燒。燃燒產(chǎn)物對(duì)鋼坯進(jìn)行加熱后進(jìn)入右側(cè)通道，在蓄熱室內(nèi)進(jìn)行熱交換將大部分熱量留給蓄熱體后，以150℃左右的溫度進(jìn)入換向系統(tǒng)，經(jīng)排煙機(jī)排入大氣，幾分鐘以后控制系統(tǒng)發(fā)出指令，換向機(jī)構(gòu)動(dòng)作，空氣、煤氣同時(shí)換向。將系統(tǒng)變?yōu)锽狀態(tài)，此時(shí)煤氣和空氣從右側(cè)通道噴口噴出并混合燃燒，這時(shí)左側(cè)噴口作為煙道。在排煙機(jī)的作用下，使高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)蓄熱排出，一個(gè)換向周期完成。

沒(méi)有常規(guī)工業(yè)爐換熱器、煙囪及煙道，也無(wú)高溫管道，占地面積小、操作及維護(hù)簡(jiǎn)單，無(wú)煙塵污染，換向設(shè)備靈活，控制系統(tǒng)功能完全，爐內(nèi)溫度均勻，鋼坯氧化燒損顯著減少。

3高效蓄熱式工業(yè)爐的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 空氣煤氣預(yù)熱

我國(guó)多數(shù)軋鋼加熱爐使用發(fā)熱值較低 的混合煤氣為燃料，用低熱值煤氣時(shí)空氣和煤氣雙預(yù)熱可以最在限度回收熱量，爐子的煙氣可以全部經(jīng)空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室排出，爐子無(wú)需設(shè)置排多余高溫?zé)煔獾臒煹篮蜔焽?，使?fàn)t子的構(gòu)造和布置簡(jiǎn)單化。

空氣、煤氣預(yù)熱后的溫度達(dá)到800—1000℃以上，帶來(lái)了一系列的結(jié)果：

1）燃燒溫度的極大提高，按照國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的工業(yè)爐應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)“高爐溫、高煙溫、高余熱回收和低爐子惰性”的所謂“三高一低”的發(fā)展方向的理論，燃燒溫度提高有利于實(shí)現(xiàn)加熱爐的工藝要求。

2）火焰穩(wěn)定效應(yīng)。傳統(tǒng)擴(kuò)散火焰的穩(wěn)定是依靠火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c氣流速度的平衡及高溫?zé)嵩吹膫鳠岜ＷC的，而在高溫預(yù)熱空氣條件下，只要燃料混合物進(jìn)入可燃范圍，就可以保證穩(wěn)定的燃燒。

3）熱效率高達(dá)70%，最大程度上節(jié)能和保護(hù)環(huán)境。

4）空氣、煤氣溫度接近爐內(nèi)溫度，而大大改善爐內(nèi)溫度均勻性。

5）對(duì)可用燃料熱值范圍的適應(yīng)性擴(kuò)大，尤其是高爐煤氣可用于高溫工業(yè)爐。

6）強(qiáng)化了爐內(nèi)輻射換熱比例，使單位面積的強(qiáng)度增加，工業(yè)爐尺寸可以縮小。

3.2換向燃燒

使高溫?zé)煔庠诩訜釥t內(nèi)的寬度方向交替流動(dòng)，減少了加熱爐寬度方向的溫度差，對(duì)于加熱長(zhǎng)鋼坯的加熱爐尤其有利。高爐煤氣的換向燃燒火焰可以與高熱值的煤氣燃燒相媲美。這種換向燃燒方式在熱處理爐上應(yīng)用，不僅可以大幅度提高能源利用率，而且可以顯著提高熱處理質(zhì)量。

3.3 換向系統(tǒng)

由于必須在一定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)空氣與煙氣的頻繁切換，切換閥也成為與余熱回收有密切相關(guān)的關(guān)鍵部件之一。盡管經(jīng)換熱后的煙氣溫度很低，對(duì)切換閥無(wú)材料上的特殊要求，但必須考慮到切換閥的工作壽命和可靠性。因?yàn)樵跓煔庵泻^多的微小粉塵時(shí)，頻繁動(dòng)作勢(shì)必對(duì)部件構(gòu)成磨損。這些因素應(yīng)當(dāng)在選用切換閥時(shí)加以考慮。

為實(shí)現(xiàn)換向式燃燒所特殊設(shè)計(jì)的換向系統(tǒng)在2—3秒內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)空氣、煤氣和煙氣的換向動(dòng)作。為保證安全運(yùn)行，在換向瞬時(shí)關(guān)閉煤氣，待換向動(dòng)作完成后再打開(kāi)，避免煤氣與煙氣中的殘氧相遇。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣缸驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單。換向機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由一套專門的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它具有定溫?fù)Q向、定時(shí)換向、超溫報(bào)警、程序動(dòng)作、自動(dòng)保護(hù)等一系列功能。若排煙溫度達(dá)到或超過(guò)溫度警戒線時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出升光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)切斷煤氣、空氣和排煙機(jī)，全系統(tǒng)自鎖，防止因超溫造成設(shè)備損壞。

3.4 蓄熱體

蓄熱體是高溫爐氣燃燒技術(shù)中最關(guān)鍵的部件，也是最具技術(shù)含量和體現(xiàn)工業(yè)制造水平的部件。

首先是材料選擇。這直接影響裝置小型化、換熱效率和經(jīng)濟(jì)效益。其性能指標(biāo)要求：

（1）材料比熱大

（2）換熱速度快

（3）高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，可承受巨大溫度壓強(qiáng)和高頻變換，無(wú)脆裂、剝落和變形等。

（4）抗氧化和腐蝕

（5）經(jīng)濟(jì)?？蛇x材料主要有陶瓷類和耐熱耐蝕類。目前使用的主要有蜂巢狀蓄勢(shì)體。

3.5氧化燒損

在高溫預(yù)熱條件下形成的火焰特性與傳統(tǒng)燃燒火焰迥然不同，后者是靜態(tài)火焰并有局部高溫區(qū)，前者則產(chǎn)生于在局部高溫的反應(yīng)，不具人靜態(tài)的火焰，峰會(huì)火焰溫度下降，散熱健在均勻，整個(gè)爐區(qū)溫度分布均勻，這一特殊性將有效地減少NOx的排放。在你空氣消耗系數(shù)下便可以實(shí)現(xiàn)完全燃燒。煉氣噴口靠近鋼坯表面，在鋼坯表面形成還原性氣體，有利于減少鋼坯的氧化燒損。

4、結(jié)論

高效蓄熱式工業(yè)爐將蓄熱式熱回收和換向式燃燒系統(tǒng)與爐子結(jié)合于一體，排煙溫度低于150℃，最大程度上實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。用高效蓄熱燃燒技術(shù)可以在大型加熱爐上直接燃用高爐煤氣，達(dá)到燃用高熱值煤氣加熱爐同樣的加熱效果，且熱效率高達(dá)70%以上。采用高效蓄熱燃燒技術(shù)可以改善企業(yè)的能源緊張狀況，大幅度降低能耗和生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

（作者單位：鎮(zhèn)江領(lǐng)強(qiáng)能源工程技術(shù)有限公司）