簡談高效蓄熱式換熱燃燒技術(shù)和節(jié)能效益

陸明偉　陳厶瑋

摘 要：蓄熱式高效換熱燃燒技術(shù)是熱工領(lǐng)域的先進技術(shù)，它不斷的發(fā)展和技術(shù)的革新滿足了我國當(dāng)前資源和環(huán)境的要求，更從根本上降低了加熱爐的排煙溫度，提高了加熱爐的燃料節(jié)約率和能源利用率，既減少了大氣污染物的排放，又節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：蓄熱式換熱 蓄熱體 節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：TK16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0001-01

現(xiàn)代科技不斷發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)不斷進步及市場競爭的日益激烈，對加熱爐的工藝性能要求越來越高，燃料節(jié)約率高、能源利用性好以及環(huán)保節(jié)能成為加熱爐高效發(fā)展的主要性能指標。我公司設(shè)計生產(chǎn)的加熱爐中，蓄熱式高效換熱燃燒技術(shù)得到了很好的發(fā)展和利用，新型內(nèi)插式和外拉式等蓄熱式燒嘴的研究使用更大大提高了加熱爐的節(jié)能效益。

1 蓄熱式高效換熱燃燒技術(shù)

1.1 蓄熱高效換熱燃燒技術(shù)工作原理

全新型蓄熱式高效換熱燃燒技術(shù)是利用蓄熱室換熱原理，使低溫空氣從鼓風(fēng)機通過空氣管道由換向系統(tǒng)進入蓄熱室（或蓄熱燒嘴）進行蓄熱，預(yù)熱的高溫空氣通過蓄熱體進入爐內(nèi)與燃氣混合燃燒；與此同時燃燒產(chǎn)生的煙氣流經(jīng)另一個配對的蓄熱室（或蓄熱燒嘴），此時蓄熱體儲存熱能，降低煙溫至低于150℃左右，低溫?zé)煔饬鹘?jīng)換向系統(tǒng)借助引風(fēng)機的作用排出。這個過程中換向裝置以一定頻率進行切換（30～200 s），使得成對的蓄熱室（或蓄熱燒嘴）處于蓄熱和放熱的交換工作狀態(tài)，進而節(jié)約能源，降低污染物的排放。

1.2 我國蓄熱高效換熱燃燒技術(shù)的發(fā)展

在我國，加熱爐使用的燃料多為低熱值燃料（如高爐煤氣），這樣就出現(xiàn)了大量的高爐煤氣被放散的現(xiàn)象，能源損失嚴重。80年代中后期，我國熱工科研人員開始研究蓄熱換熱燃燒技術(shù)，結(jié)合我國工業(yè)生產(chǎn)實際情況，著力進行陶瓷小球蓄熱體燃燒技術(shù)的研究和應(yīng)用，同時結(jié)合此項技術(shù)在國際上應(yīng)用產(chǎn)生的不足開發(fā)研究成適合我國加熱爐獨具特色的蓄熱式換熱燃燒技術(shù)。

國內(nèi)經(jīng)濟飛速發(fā)展，而在經(jīng)濟發(fā)展中工業(yè)產(chǎn)業(yè)占有重要的地位，節(jié)能環(huán)保又逐漸成為工業(yè)領(lǐng)域的重要課題。國內(nèi)多家公司紛紛開展蓄熱式燃燒技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，成功研制了新型節(jié)能蓄熱燃燒器并加強了換向系統(tǒng)自動化控制水平。此外，蓄熱式加熱爐通常采用的加熱方式有空氣單蓄熱和空煤氣雙蓄熱兩種，我國的熱工工藝人員更在加熱爐上研發(fā)使用了常規(guī)和雙蓄熱組合式的燃燒技術(shù)，并在某鋼廠的生產(chǎn)實踐中取得了良好的節(jié)能效果。蓄熱式燃燒技術(shù)的逐漸成熟，使得在蓄熱式換熱燃燒技術(shù)方面形成了比較完善的設(shè)計理念和設(shè)計思想，蓄熱式技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用實現(xiàn)了高產(chǎn)量、低熱耗、少污染和高自動化的水平。

2 關(guān)于蓄熱體

蓄熱式換熱燃燒技術(shù)的重要組成部分就是蓄熱體，蓄熱體的選擇對于工業(yè)爐的節(jié)能效果有著至關(guān)重要的作用。隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)爐設(shè)備在生產(chǎn)實踐中的技術(shù)革新，國際上常用的蓄熱體主要有陶瓷小球蓄熱體和蜂窩式蓄熱體。下面我們從3個重要部分對兩種蓄熱體在加熱爐上的使用效果進行對比介紹。

2.1 通過蓄熱體的透熱程度分析蓄熱能力

小球蓄熱體通常為Φ12～20 mm球面體，以Φ15 mm小球蓄熱體為例，其透熱深度是7.5 mm；蜂窩式蓄熱體多為密布細小孔道的立方體，以100×100×100 mm規(guī)格24×24孔、孔壁厚度為0.7 mm的蜂窩式蓄熱體為例，其透熱深度僅為0.35 mm；二者相差21倍多。在正常的換熱周期內(nèi)，蓄熱體表面熱流強度變化幅度很小，假定表面熱流強度不變的情況下，蓄熱體的蓄熱深度越小，透熱效果越好，蓄熱能力就越好，就越能夠發(fā)揮蓄熱體的蓄熱作用。

2.2 配合蓄熱體使用的換向系統(tǒng)和換向時間

小球蓄熱體通常采用集中換熱，如果換向時間為60 s，在一個換向周期內(nèi)，使用小球蓄熱體的加熱爐換向時爐內(nèi)熄火時間約10 s左右，占換向周期時間的6%；然而當(dāng)蜂窩式蓄熱體也采用集中換向時，由于換向周期短，熄火時間就占換向周期時間的30%，但是以我公司為例，實際生產(chǎn)中通常采用蜂窩式蓄熱體全分散換向控制，技術(shù)先進，蓄熱效果良好，但閥數(shù)量多，系統(tǒng)復(fù)雜。

2.3 蓄熱體的阻力損失

對于陶瓷小球蓄熱體組成的蓄熱室而言，小球間縫隙有大有小，有寬有窄，是不規(guī)則的。當(dāng)高溫?zé)煔饣虮活A(yù)熱的空氣流過這些堆積的小球時形成渦流狀態(tài)，其局部阻力損失和摩擦阻力損失就大大增加。

對于蜂窩式蓄熱體組成的蓄熱室而言，其形狀使氣體的流通通道是一個個直直的格子通道，具有一定的規(guī)則性和一致性。當(dāng)氣體流過這些筆直的通道時形成層流狀態(tài)，其局部阻力損失和摩擦阻力損失就大大減小。

在實際生產(chǎn)和使用中，蓄熱體的比表面積、傳熱效率、耐熱溫度、抗燒性及積渣程度等都影響著蓄熱體的使用情況，我們要根據(jù)不同爐型和不同的工藝需要選擇合適的蓄熱體。

3 蓄熱式高效換熱燃燒技術(shù)的節(jié)能效益

21世紀，我國鋼鐵工業(yè)面臨的能源形式十分嚴峻，節(jié)約能源，提高燃料利用率，減少熱損失是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向，蓄熱式加熱爐的發(fā)展成為一項必不可少的重要節(jié)能技術(shù)。

從長期的生產(chǎn)和實踐中可以看出，采用蓄熱式燃燒技術(shù)后加熱爐的排煙溫度低于150℃，煙氣的物理熱得到很好的回收利用，因而與常規(guī)余熱回收工業(yè)爐相比其節(jié)能潛力巨大，特別是對低熱值燃料（如高爐煤氣），采用單蓄熱燃燒方式燃料節(jié)約率能達到25%以上，而采用雙蓄熱燃料節(jié)約率更達到了45%以上之多，換言之向大氣環(huán)境排放的CO2量就大大的降低，大大緩解了大氣的溫室效應(yīng)，達到了保護環(huán)境，節(jié)能減排的預(yù)期。同時我國鋼鐵企業(yè)高爐煤氣平均放散率約為13.72%，如果將放散的高爐煤氣全部加以利用的話，相當(dāng)于每年節(jié)約260萬噸標準煤，可見新技術(shù)帶來的效益可觀。

綜上高效蓄熱式換熱燃燒技術(shù)的優(yōu)勢可以簡單歸納為：

（1）爐溫均勻，加熱質(zhì)量好。

（2）最終排煙溫度低，節(jié)能效果好，燃耗低。

（3）煙氣中NOx含量低，環(huán)境污染小。

（4）燃燒噪音低，氧化燒損少。

（5）適用于老舊爐子改造，產(chǎn)量提高，成本降低，效果良好。

參考文獻

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