工業爐燃燒技術的創新

石少華

（南京凈環熱冶金工程有限公司，江蘇 南京 210016）

在工業生產過程中所用到的工業爐，主要可以分為熔煉鑄造以及熱處理兩個類型，其中熔煉鑄造工業爐主要是進行提煉以及熔煉鑄造，而熱處理工業爐主要是對定配進行前期的加熱和熱處理。在工業爐運作的過程中，所用到的燃料大多數都是天然氣或者是城市天然氣，為了能夠助燃需要向工業爐內部通入空氣，但空氣中主要組成成分為氮氣和氧氣，氮氣占到78%，氧氣只有21%。在燃燒過程中，氮氣不助燃還會影響到加熱速度。所以工業爐燃燒技術創新就是在此背景下出現的。

1 低溫純氧燃燒技術

1.1 低溫純氧燃燒技術的優點

與傳統的工業爐燃燒技術相比較，低溫純氧燃燒技術所擁有的特點主要如下。第一，燃燒過程中助燃氣體沒有氮氣；第二，在煙氣排放過程中，也沒有氮氣對熱量進行夾帶；第三，輻射傳熱的效率大大增加；第四，煙氣在工業爐內部的停留時間大大增加，所以傳熱效果更好；第五，助燃氣體中沒有氮氣，所以所造成的環境污染也很小；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點

低溫純氧燃燒技術進行研發的目的，就是為了能夠改變傳統工業爐燃燒過程中融化能力差以及效率低的弱點，所以在低溫純氧燃燒技術使用過程中，低溫純氧燃燒器及火焰所擁有的特點，是傳統的工業爐燃燒器所不能夠比擬的。低溫純氧燃燒器能夠將工業爐內部的煙氣進行卷吸，然后將這些卷吸的工業爐內的煙氣送入燃燒器混合區。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，同時還可以使燃燒過程中的反應速率減慢，所以火焰的溫度較低，能夠和空氣燃料燃燒所產生的火焰溫度接近。由低溫純氧燃燒器所產生的火焰，能夠使工業爐內部的溫度變得更加均勻，避免工業爐內部出現局部熱斑，同時燃料的燃燒效率增加且消耗降低，煙氣排放過程中有害氣體排放數量降低，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，能夠發現在空氣助燃過程中燃燒器工作時，使用的功率為311kW。對于工作中的容器溫度進行測試，其溫度在1131℃左右。低溫純氧燃燒過程中，最為有效的火焰形態就是無焰燃燒。而無焰燃燒所帶來的環保優勢也是最大的，第一能夠使煙氣排放物中的氮氧化合物比例降低。第二，在出現空氣泄漏時，無焰燃燒不會受到大程度的影響，氮氧化物的生成量不會出現非常顯著的變化。

2 蓄熱式燃燒技術

2.1 蓄熱式燃燒技術發展

蓄熱式燃燒技術，是在上個世紀90年代初開始推廣并且普及的，在吸熱的材質以及構造和性能等方面不斷進行了改進，在單位面積上的傳熱效率已經提升了數百倍，所以蓄熱體的材質面積大大減小。同時蓄熱式燃燒技術實現過程中的換向以及控制系統，其可靠性也大大提升，在過去換向時間是30min，已經逐漸縮短到幾分鐘，甚至是幾十秒鐘之內，熱效率提升了80%~90%。在蓄熱式燃燒技術中預熱溫度能夠提升到1000℃以上，較傳統的預熱溫度有了很大的提升，所以燃料在燃燒過程中燃燒的方式也出現了變化，進而衍生出了一種全新的燃燒技術，那就是高溫空氣燃燒技術。高溫空氣燃燒技術主要是通過高效的蓄熱式余熱回收，進而實現高溫低氧燃燒。通過這種方式燃燒所形成的火焰，和傳統的火焰特性有很大的不同，既能達到節能環保的目的，又能使燃燒效率大大增加，提升燃燒過程中的熱能轉化。

現如今蓄熱式燃燒技術已經成為一種非常通用并且實用的節能環保燃燒技術，在不同的工業爐上都得到了使用。在現如今的使用過程中，不同種的工業爐主要可以分為推鋼式連續軋鋼加熱爐以及步進式連續加熱爐，室式加熱爐、臺車爐以及連續退火爐等等。這其中使用最廣的主要是連續軋鋼加熱爐和步進式連續加熱爐，蓄熱式燃燒技術在連續加熱爐中進行使用時所帶來的經濟效益是非常可觀的，而且在進行投資時回收周期非常短，對于企業發展來講非常多的優點。

2.2 系統組成與工作原理

蓄熱式燃燒系統，其組成成分主要可以分為：換向閥、燃料供給系統，燒嘴、供風管道和風機、排煙管道、引風機和煙囪，同時還包括自動化控制系統和熱工測量器件。對工業爐燃燒技術進行改造創新的過程，就是對工業爐供熱系統進行更新換代的過程，除此之外，工業爐爐體和鋼結構都保持原有結構，不再進行變化。

蓄熱式高溫燃燒系統，在進行燃燒作業時，能夠將空氣預熱溫度提升到1000℃以上，和傳統的加熱爐相比，熱效率增長了20%~30%。而且對于在傳統加熱爐中不能夠發揮作用的低熱值燃料，在高溫加熱爐中，其應用范圍得到了拓展。其工作原理如下：對于蓄熱式高溫燃燒系統來講，其屬于工業爐供熱系統和排煙系統、自動化控制系統共同組合以及配合工作所形成的統一整體，在燃燒過程中燒嘴成對出現，并且共同組合形成燃燒單元，同時，換向閥和控制系統對燃燒單元進行輔助，換向閥和控制系統在燃燒單元兩側布置或者是同一側進行布置。當燃料和助燃空氣通過換向閥，進入到單個的燒嘴中，蓄熱體立即開始蓄熱。在蓄熱過程中，燒嘴處會高溫空氣、燃料和助燃空氣進行接觸，形成火焰，進行燃燒。而一對燒嘴中的另一個則進行排煙。排出的煙氣溫度高達1200℃左右，這些煙氣也不會排放到外部，會進入到蓄熱體內部進行放熱，放熱結束之后煙氣冷卻，經過換向閥從排煙管道以及引風機向煙囪高空進行排放。這樣一個循環大約維持的時間在200s左右。一個循環結束之后，一對燒嘴中的供熱燒嘴轉變成排煙燒嘴，而排煙燒嘴則變成供熱燒嘴。不斷的交替循環，通過換向閥進行控制，能夠使蓄熱體加熱及放熱過程不會間斷，使得煙氣余熱的回收效率大大增加，幫助助燃空氣進行加熱，同時還能夠降低加熱過程中的能源損耗以及污染物排放。

3 結 語

工業爐燃燒技術的改革與創新，對于工業爐升級改造具有重要意義，可以說燃燒技術的創新是工業爐升級改造過程中的核心內容，如果對燃燒技術不進行創新，那么工業爐的升級改造就只能是一種空談。而在工業爐燃燒技術創新的過程中，現有的燃燒技術并不是被拋棄，而是在此基礎上對其進行優化完善，使其燃燒效率大大增加，并減少能耗以及污染物排放。