工業(yè)爐燃燒技術(shù)的創(chuàng)新

石少華

（南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司，江蘇 南京 210016）

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所用到的工業(yè)爐，主要可以分為熔煉鑄造以及熱處理兩個(gè)類型，其中熔煉鑄造工業(yè)爐主要是進(jìn)行提煉以及熔煉鑄造，而熱處理工業(yè)爐主要是對(duì)定配進(jìn)行前期的加熱和熱處理。在工業(yè)爐運(yùn)作的過(guò)程中，所用到的燃料大多數(shù)都是天然氣或者是城市天然氣，為了能夠助燃需要向工業(yè)爐內(nèi)部通入空氣，但空氣中主要組成成分為氮?dú)夂脱鯕?，氮?dú)庹嫉?8%，氧氣只有21%。在燃燒過(guò)程中，氮?dú)獠恢歼€會(huì)影響到加熱速度。所以工業(yè)爐燃燒技術(shù)創(chuàng)新就是在此背景下出現(xiàn)的。

1 低溫純氧燃燒技術(shù)

1.1 低溫純氧燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的工業(yè)爐燃燒技術(shù)相比較，低溫純氧燃燒技術(shù)所擁有的特點(diǎn)主要如下。第一，燃燒過(guò)程中助燃?xì)怏w沒有氮?dú)猓坏诙?，在煙氣排放過(guò)程中，也沒有氮?dú)鈱?duì)熱量進(jìn)行夾帶；第三，輻射傳熱的效率大大增加；第四，煙氣在工業(yè)爐內(nèi)部的停留時(shí)間大大增加，所以傳熱效果更好；第五，助燃?xì)怏w中沒有氮?dú)猓运斐傻沫h(huán)境污染也很??；第六，同大氣助燃相比，純氧助燃效率為77%，高出大氣助燃效率54%。

1.2 低溫純氧燃燒火焰的優(yōu)點(diǎn)

低溫純氧燃燒技術(shù)進(jìn)行研發(fā)的目的，就是為了能夠改變傳統(tǒng)工業(yè)爐燃燒過(guò)程中融化能力差以及效率低的弱點(diǎn)，所以在低溫純氧燃燒技術(shù)使用過(guò)程中，低溫純氧燃燒器及火焰所擁有的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)的工業(yè)爐燃燒器所不能夠比擬的。低溫純氧燃燒器能夠?qū)⒐I(yè)爐內(nèi)部的煙氣進(jìn)行卷吸，然后將這些卷吸的工業(yè)爐內(nèi)的煙氣送入燃燒器混合區(qū)。這些煙氣能夠在很大程度上使燃燒器燒嘴前部的氧氣濃度降低，同時(shí)還可以使燃燒過(guò)程中的反應(yīng)速率減慢，所以火焰的溫度較低，能夠和空氣燃料燃燒所產(chǎn)生的火焰溫度接近。由低溫純氧燃燒器所產(chǎn)生的火焰，能夠使工業(yè)爐內(nèi)部的溫度變得更加均勻，避免工業(yè)爐內(nèi)部出現(xiàn)局部熱斑，同時(shí)燃料的燃燒效率增加且消耗降低，煙氣排放過(guò)程中有害氣體排放數(shù)量降低，大大提升了金屬的收得率。低溫純氧燃燒和空氣助燃相比較之后，能夠發(fā)現(xiàn)在空氣助燃過(guò)程中燃燒器工作時(shí)，使用的功率為311kW。對(duì)于工作中的容器溫度進(jìn)行測(cè)試，其溫度在1131℃左右。低溫純氧燃燒過(guò)程中，最為有效的火焰形態(tài)就是無(wú)焰燃燒。而無(wú)焰燃燒所帶來(lái)的環(huán)保優(yōu)勢(shì)也是最大的，第一能夠使煙氣排放物中的氮氧化合物比例降低。第二，在出現(xiàn)空氣泄漏時(shí)，無(wú)焰燃燒不會(huì)受到大程度的影響，氮氧化物的生成量不會(huì)出現(xiàn)非常顯著的變化。

2 蓄熱式燃燒技術(shù)

2.1 蓄熱式燃燒技術(shù)發(fā)展

蓄熱式燃燒技術(shù)，是在上個(gè)世紀(jì)90年代初開始推廣并且普及的，在吸熱的材質(zhì)以及構(gòu)造和性能等方面不斷進(jìn)行了改進(jìn)，在單位面積上的傳熱效率已經(jīng)提升了數(shù)百倍，所以蓄熱體的材質(zhì)面積大大減小。同時(shí)蓄熱式燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的換向以及控制系統(tǒng)，其可靠性也大大提升，在過(guò)去換向時(shí)間是30min，已經(jīng)逐漸縮短到幾分鐘，甚至是幾十秒鐘之內(nèi)，熱效率提升了80%~90%。在蓄熱式燃燒技術(shù)中預(yù)熱溫度能夠提升到1000℃以上，較傳統(tǒng)的預(yù)熱溫度有了很大的提升，所以燃料在燃燒過(guò)程中燃燒的方式也出現(xiàn)了變化，進(jìn)而衍生出了一種全新的燃燒技術(shù)，那就是高溫空氣燃燒技術(shù)。高溫空氣燃燒技術(shù)主要是通過(guò)高效的蓄熱式余熱回收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高溫低氧燃燒。通過(guò)這種方式燃燒所形成的火焰，和傳統(tǒng)的火焰特性有很大的不同，既能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，又能使燃燒效率大大增加，提升燃燒過(guò)程中的熱能轉(zhuǎn)化。

現(xiàn)如今蓄熱式燃燒技術(shù)已經(jīng)成為一種非常通用并且實(shí)用的節(jié)能環(huán)保燃燒技術(shù)，在不同的工業(yè)爐上都得到了使用。在現(xiàn)如今的使用過(guò)程中，不同種的工業(yè)爐主要可以分為推鋼式連續(xù)軋鋼加熱爐以及步進(jìn)式連續(xù)加熱爐，室式加熱爐、臺(tái)車爐以及連續(xù)退火爐等等。這其中使用最廣的主要是連續(xù)軋鋼加熱爐和步進(jìn)式連續(xù)加熱爐，蓄熱式燃燒技術(shù)在連續(xù)加熱爐中進(jìn)行使用時(shí)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是非常可觀的，而且在進(jìn)行投資時(shí)回收周期非常短，對(duì)于企業(yè)發(fā)展來(lái)講非常多的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 系統(tǒng)組成與工作原理

蓄熱式燃燒系統(tǒng)，其組成成分主要可以分為：換向閥、燃料供給系統(tǒng)，燒嘴、供風(fēng)管道和風(fēng)機(jī)、排煙管道、引風(fēng)機(jī)和煙囪，同時(shí)還包括自動(dòng)化控制系統(tǒng)和熱工測(cè)量器件。對(duì)工業(yè)爐燃燒技術(shù)進(jìn)行改造創(chuàng)新的過(guò)程，就是對(duì)工業(yè)爐供熱系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代的過(guò)程，除此之外，工業(yè)爐爐體和鋼結(jié)構(gòu)都保持原有結(jié)構(gòu)，不再進(jìn)行變化。

蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)，在進(jìn)行燃燒作業(yè)時(shí)，能夠?qū)⒖諝忸A(yù)熱溫度提升到1000℃以上，和傳統(tǒng)的加熱爐相比，熱效率增長(zhǎng)了20%~30%。而且對(duì)于在傳統(tǒng)加熱爐中不能夠發(fā)揮作用的低熱值燃料，在高溫加熱爐中，其應(yīng)用范圍得到了拓展。其工作原理如下：對(duì)于蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)來(lái)講，其屬于工業(yè)爐供熱系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)共同組合以及配合工作所形成的統(tǒng)一整體，在燃燒過(guò)程中燒嘴成對(duì)出現(xiàn)，并且共同組合形成燃燒單元，同時(shí)，換向閥和控制系統(tǒng)對(duì)燃燒單元進(jìn)行輔助，換向閥和控制系統(tǒng)在燃燒單元兩側(cè)布置或者是同一側(cè)進(jìn)行布置。當(dāng)燃料和助燃空氣通過(guò)換向閥，進(jìn)入到單個(gè)的燒嘴中，蓄熱體立即開始蓄熱。在蓄熱過(guò)程中，燒嘴處會(huì)高溫空氣、燃料和助燃空氣進(jìn)行接觸，形成火焰，進(jìn)行燃燒。而一對(duì)燒嘴中的另一個(gè)則進(jìn)行排煙。排出的煙氣溫度高達(dá)1200℃左右，這些煙氣也不會(huì)排放到外部，會(huì)進(jìn)入到蓄熱體內(nèi)部進(jìn)行放熱，放熱結(jié)束之后煙氣冷卻，經(jīng)過(guò)換向閥從排煙管道以及引風(fēng)機(jī)向煙囪高空進(jìn)行排放。這樣一個(gè)循環(huán)大約維持的時(shí)間在200s左右。一個(gè)循環(huán)結(jié)束之后，一對(duì)燒嘴中的供熱燒嘴轉(zhuǎn)變成排煙燒嘴，而排煙燒嘴則變成供熱燒嘴。不斷的交替循環(huán)，通過(guò)換向閥進(jìn)行控制，能夠使蓄熱體加熱及放熱過(guò)程不會(huì)間斷，使得煙氣余熱的回收效率大大增加，幫助助燃空氣進(jìn)行加熱，同時(shí)還能夠降低加熱過(guò)程中的能源損耗以及污染物排放。

3 結(jié) 語(yǔ)

工業(yè)爐燃燒技術(shù)的改革與創(chuàng)新，對(duì)于工業(yè)爐升級(jí)改造具有重要意義，可以說(shuō)燃燒技術(shù)的創(chuàng)新是工業(yè)爐升級(jí)改造過(guò)程中的核心內(nèi)容，如果對(duì)燃燒技術(shù)不進(jìn)行創(chuàng)新，那么工業(yè)爐的升級(jí)改造就只能是一種空談。而在工業(yè)爐燃燒技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程中，現(xiàn)有的燃燒技術(shù)并不是被拋棄，而是在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化完善，使其燃燒效率大大增加，并減少能耗以及污染物排放。