简谈高效蓄热式换热燃烧技术和节能效益

陆明伟　陈厶玮

摘 要：蓄热式高效换热燃烧技术是热工领域的先进技术，它不断的发展和技术的革新满足了我国当前资源和环境的要求，更从根本上降低了加热炉的排烟温度，提高了加热炉的燃料节约率和能源利用率，既减少了大气污染物的排放，又节约了能源。

关键词：蓄热式换热 蓄热体 节能环保

中图分类号：TK16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0001-01

现代科技不断发展、工业生产不断进步及市场竞争的日益激烈，对加热炉的工艺性能要求越来越高，燃料节约率高、能源利用性好以及环保节能成为加热炉高效发展的主要性能指标。我公司设计生产的加热炉中，蓄热式高效换热燃烧技术得到了很好的发展和利用，新型内插式和外拉式等蓄热式烧嘴的研究使用更大大提高了加热炉的节能效益。

1 蓄热式高效换热燃烧技术

1.1 蓄热高效换热燃烧技术工作原理

全新型蓄热式高效换热燃烧技术是利用蓄热室换热原理，使低温空气从鼓风机通过空气管道由换向系统进入蓄热室（或蓄热烧嘴）进行蓄热，预热的高温空气通过蓄热体进入炉内与燃气混合燃烧；与此同时燃烧产生的烟气流经另一个配对的蓄热室（或蓄热烧嘴），此时蓄热体储存热能，降低烟温至低于150℃左右，低温烟气流经换向系统借助引风机的作用排出。这个过程中换向装置以一定频率进行切换（30～200 s），使得成对的蓄热室（或蓄热烧嘴）处于蓄热和放热的交换工作状态，进而节约能源，降低污染物的排放。

1.2 我国蓄热高效换热燃烧技术的发展

在我国，加热炉使用的燃料多为低热值燃料（如高炉煤气），这样就出现了大量的高炉煤气被放散的现象，能源损失严重。80年代中后期，我国热工科研人员开始研究蓄热换热燃烧技术，结合我国工业生产实际情况，着力进行陶瓷小球蓄热体燃烧技术的研究和应用，同时结合此项技术在国际上应用产生的不足开发研究成适合我国加热炉独具特色的蓄热式换热燃烧技术。

国内经济飞速发展，而在经济发展中工业产业占有重要的地位，节能环保又逐渐成为工业领域的重要课题。国内多家公司纷纷开展蓄热式燃烧技术的研究和推广应用，成功研制了新型节能蓄热燃烧器并加强了换向系统自动化控制水平。此外，蓄热式加热炉通常采用的加热方式有空气单蓄热和空煤气双蓄热两种，我国的热工工艺人员更在加热炉上研发使用了常规和双蓄热组合式的燃烧技术，并在某钢厂的生产实践中取得了良好的节能效果。蓄热式燃烧技术的逐渐成熟，使得在蓄热式换热燃烧技术方面形成了比较完善的设计理念和设计思想，蓄热式技术在加热炉上的应用实现了高产量、低热耗、少污染和高自动化的水平。

2 关于蓄热体

蓄热式换热燃烧技术的重要组成部分就是蓄热体，蓄热体的选择对于工业炉的节能效果有着至关重要的作用。随着钢铁工业的发展和工业炉设备在生产实践中的技术革新，国际上常用的蓄热体主要有陶瓷小球蓄热体和蜂窝式蓄热体。下面我们从3个重要部分对两种蓄热体在加热炉上的使用效果进行对比介绍。

2.1 通过蓄热体的透热程度分析蓄热能力

小球蓄热体通常为Φ12～20 mm球面体，以Φ15 mm小球蓄热体为例，其透热深度是7.5 mm；蜂窝式蓄热体多为密布细小孔道的立方体，以100×100×100 mm规格24×24孔、孔壁厚度为0.7 mm的蜂窝式蓄热体为例，其透热深度仅为0.35 mm；二者相差21倍多。在正常的换热周期内，蓄热体表面热流强度变化幅度很小，假定表面热流强度不变的情况下，蓄热体的蓄热深度越小，透热效果越好，蓄热能力就越好，就越能够发挥蓄热体的蓄热作用。

2.2 配合蓄热体使用的换向系统和换向时间

小球蓄热体通常采用集中换热，如果换向时间为60 s，在一个换向周期内，使用小球蓄热体的加热炉换向时炉内熄火时间约10 s左右，占换向周期时间的6%；然而当蜂窝式蓄热体也采用集中换向时，由于换向周期短，熄火时间就占换向周期时间的30%，但是以我公司为例，实际生产中通常采用蜂窝式蓄热体全分散换向控制，技术先进，蓄热效果良好，但阀数量多，系统复杂。

2.3 蓄热体的阻力损失

对于陶瓷小球蓄热体组成的蓄热室而言，小球间缝隙有大有小，有宽有窄，是不规则的。当高温烟气或被预热的空气流过这些堆积的小球时形成涡流状态，其局部阻力损失和摩擦阻力损失就大大增加。

对于蜂窝式蓄热体组成的蓄热室而言，其形状使气体的流通通道是一个个直直的格子通道，具有一定的规则性和一致性。当气体流过这些笔直的通道时形成层流状态，其局部阻力损失和摩擦阻力损失就大大减小。

在实际生产和使用中，蓄热体的比表面积、传热效率、耐热温度、抗烧性及积渣程度等都影响着蓄热体的使用情况，我们要根据不同炉型和不同的工艺需要选择合适的蓄热体。

3 蓄热式高效换热燃烧技术的节能效益

21世纪，我国钢铁工业面临的能源形式十分严峻，节约能源，提高燃料利用率，减少热损失是钢铁行业的发展方向，蓄热式加热炉的发展成为一项必不可少的重要节能技术。

从长期的生产和实践中可以看出，采用蓄热式燃烧技术后加热炉的排烟温度低于150℃，烟气的物理热得到很好的回收利用，因而与常规余热回收工业炉相比其节能潜力巨大，特别是对低热值燃料（如高炉煤气），采用单蓄热燃烧方式燃料节约率能达到25%以上，而采用双蓄热燃料节约率更达到了45%以上之多，换言之向大气环境排放的CO2量就大大的降低，大大缓解了大气的温室效应，达到了保护环境，节能减排的预期。同时我国钢铁企业高炉煤气平均放散率约为13.72%，如果将放散的高炉煤气全部加以利用的话，相当于每年节约260万吨标准煤，可见新技术带来的效益可观。

综上高效蓄热式换热燃烧技术的优势可以简单归纳为：

（1）炉温均匀，加热质量好。

（2）最终排烟温度低，节能效果好，燃耗低。

（3）烟气中NOx含量低，环境污染小。

（4）燃烧噪音低，氧化烧损少。

（5）适用于老旧炉子改造，产量提高，成本降低，效果良好。

参考文献

[1] 王秉铨.工业炉设计手册[M].机械工业出版社.

[2] 赵沛，蒋汉华.钢铁节能技术分析[M].冶金工业出版社.