簡談高效蓄熱式換熱燃燒技術和節能效益

陸明偉　陳厶瑋

摘 要：蓄熱式高效換熱燃燒技術是熱工領域的先進技術，它不斷的發展和技術的革新滿足了我國當前資源和環境的要求，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約率和能源利用率，既減少了大氣污染物的排放，又節約了能源。

關鍵詞：蓄熱式換熱 蓄熱體 節能環保

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

現代科技不斷發展、工業生產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，燃料節約率高、能源利用性好以及環保節能成為加熱爐高效發展的主要性能指標。我公司設計生產的加熱爐中，蓄熱式高效換熱燃燒技術得到了很好的發展和利用，新型內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能效益。

1 蓄熱式高效換熱燃燒技術

1.1 蓄熱高效換熱燃燒技術工作原理

全新型蓄熱式高效換熱燃燒技術是利用蓄熱室換熱原理，使低溫空氣從鼓風機通過空氣管道由換向系統進入蓄熱室（或蓄熱燒嘴）進行蓄熱，預熱的高溫空氣通過蓄熱體進入爐內與燃氣混合燃燒；與此同時燃燒產生的煙氣流經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，低溫煙氣流經換向系統借助引風機的作用排出。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，進而節約能源，降低污染物的排放。

1.2 我國蓄熱高效換熱燃燒技術的發展

在我國，加熱爐使用的燃料多為低熱值燃料（如高爐煤氣），這樣就出現了大量的高爐煤氣被放散的現象，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，結合我國工業生產實際情況，著力進行陶瓷小球蓄熱體燃燒技術的研究和應用，同時結合此項技術在國際上應用產生的不足開發研究成適合我國加熱爐獨具特色的蓄熱式換熱燃燒技術。

國內經濟飛速發展，而在經濟發展中工業產業占有重要的地位，節能環保又逐漸成為工業領域的重要課題。國內多家公司紛紛開展蓄熱式燃燒技術的研究和推廣應用，成功研制了新型節能蓄熱燃燒器并加強了換向系統自動化控制水平。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使用了常規和雙蓄熱組合式的燃燒技術，并在某鋼廠的生產實踐中取得了良好的節能效果。蓄熱式燃燒技術的逐漸成熟，使得在蓄熱式換熱燃燒技術方面形成了比較完善的設計理念和設計思想，蓄熱式技術在加熱爐上的應用實現了高產量、低熱耗、少污染和高自動化的水平。

2 關于蓄熱體

蓄熱式換熱燃燒技術的重要組成部分就是蓄熱體，蓄熱體的選擇對于工業爐的節能效果有著至關重要的作用。隨著鋼鐵工業的發展和工業爐設備在生產實踐中的技術革新，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，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，就越能夠發揮蓄熱體的蓄熱作用。

2.2 配合蓄熱體使用的換向系統和換向時間

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，使用小球蓄熱體的加熱爐換向時爐內熄火時間約10 s左右，占換向周期時間的6%；然而當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，實際生產中通常采用蜂窩式蓄熱體全分散換向控制，技術先進，蓄熱效果良好，但閥數量多，系統復雜。

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，是不規則的。當高溫煙氣或被預熱的空氣流過這些堆積的小球時形成渦流狀態，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，具有一定的規則性和一致性。當氣體流過這些筆直的通道時形成層流狀態，其局部阻力損失和摩擦阻力損失就大大減小。

在實際生產和使用中，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的節能效益

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

從長期的生產和實踐中可以看出，采用蓄熱式燃燒技術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，因而與常規余熱回收工業爐相比其節能潛力巨大，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約率能達到25%以上，而采用雙蓄熱燃料節約率更達到了45%以上之多，換言之向大氣環境排放的CO2量就大大的降低，大大緩解了大氣的溫室效應，達到了保護環境，節能減排的預期。同時我國鋼鐵企業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，相當于每年節約260萬噸標準煤，可見新技術帶來的效益可觀。

綜上高效蓄熱式換熱燃燒技術的優勢可以簡單歸納為：

（1）爐溫均勻，加熱質量好。

（2）最終排煙溫度低，節能效果好，燃耗低。

（3）煙氣中NOx含量低，環境污染小。

（4）燃燒噪音低，氧化燒損少。

（5）適用于老舊爐子改造，產量提高，成本降低，效果良好。

參考文獻

[1] 王秉銓.工業爐設計手冊[M].機械工業出版社.

[2] 趙沛，蔣漢華.鋼鐵節能技術分析[M].冶金工業出版社.