工業窯爐脈沖燃燒技術的應用與效益淺析

張茲偉

摘?要：圍繞工業窯爐展開研究，分析脈沖燃燒技術的應用原理和應用特點，并詳細闡述該項技術的實際應用方案，最后，基于我國產業相關政策和產業發展動態，淺析脈沖燃燒技術的效益。

關鍵詞：應用原理;應用特點;應用效益;工業窯爐;脈沖燃燒技術

眾所周知，工業窯爐在我國社會生產領域扮演著重要的角色，對經濟發展的作用不容置疑，同時，工業窯爐的運行也消耗著大量的能源，因此，新時期我國尤為重視工業窯爐的燃燒控制工作，致力于維系窯爐的整體性能，進而達成窯路運行節能目標，最大程度的減少對環境的污染。

現階段，我國普遍應用連續比例燃燒控制形式，通過控制燃料和助燃空氣的流量來保證溫度和燃燒氣氛合理，但不容忽視的是，應用該種控制形式時，十分容易受工況波動的影響，進而導致最終的控制效果不盡人意。因此，文章提出脈沖燃燒控制技術，旨在達成降低窯爐能耗、優化窯爐生產率和生產質量的目標。

一、脈沖燃燒技術的應用原理和應用特點

脈沖燃燒控制技術以固定各燒嘴空煤氣流量，間斷燃燒方式、憑借脈寬調制技術、在科學調節燃燒時間通斷比的情況下，最終達成控制窯爐溫度的目標。在工業窯爐燃燒狀態下，只需利用主燃料控制閥門即可實現對燃料流量的在線調節，確保燒嘴能夠處于最佳的燃燒狀態。同時，基于控制系統，能夠在工業窯爐內部通過氣流及火焰的間斷通斷，達到持續攪拌爐氣，較易形成均勻的溫度場，在溫度場達成均勻分布狀態后，燒嘴交替燃燒，根據升降溫的需要，靈活調整燒嘴燃燒時間和間斷時間[1]，使得爐膛壓力的波動控制在可接受的范圍。最后，基于工業窯爐的設定溫度，也能夠實現對燃料流量的控制，以保證窯內產品質量良好。

作為一項新型的帶有高節能和低污染特點的技術，脈沖燃燒控制技術系統簡單、成本低廉、可實現對空燃比和工業窯爐內部氣氛的理想控制目標。同時，該項技術也可維系工業窯爐內部溫度場的均勻[2]。最后，基于脈沖燃燒控制技術，燒嘴的負荷調節比明顯增大，熱工效率更為理想，能耗也顯著降低。

與傳統的控制技術相比較，基于脈沖燃燒控制技術的控制系統儀表數量顯著減少，僅通過溫度傳感器、控制器和執行器即可實現系統的高效運行，同時標定過流量的燒嘴空燃比例穩定，燃燒充分，不僅能夠節約硬件成本，還能夠節約燃料成本。另外，基于兩位式開關控制，執行器也變為電磁閥門，系統可靠性大為提升。最后，在時間周期性變化背景下，工業窯爐脈沖燒嘴的壓力和溫度等參數也隨之變化，在一定程度上，強化了傳熱質混合過程，對陶瓷等產品的燒成起到了一定的推動作用。

二、脈沖燃燒控制關鍵技術

一直以來，平焰式結構的燒嘴都是工業窯爐燃燒系統的首選，在燃料和助燃空氣簡單混合后，即可實現窯內燃燒，故燒嘴的流速不盡人意，同時，平焰式結構的燒嘴入射錐角和旋轉情況皆不盡人意，使燃燒無法達到充分狀態。而應用脈沖燃燒控制技術后，工業窯爐的燒嘴則必須能適應多種燃燒介質;必須能滿足高溫燒成要求;必須能適應低壓燃料燒成和熱風助燃;必須具備較高的出口流速和燃燒效率;必須具備自動點火、熄火保護和火焰監測等功能[3]。

基于窯爐熱工參數系統具有的多變量、強耦合和慢時變的特點，為達成各項參數匹配、優化燃燒效果、降低能耗的目標，要重視高溫脈沖燃燒系統的研究工作和設計工作。

三、脈沖燃燒控制技術的實際應用

從發達國家角度來看，其十分重視窯爐節能基礎理論，并積極運用計算流體動力學手段，分析和預測燃燒過程，并構建相關實驗研究工作，為后續工程應用奠定基礎。以德國KROM公司為例，其在燃燒控制系統方面主要應用儀表控制方式，鮮少應用計算機和現場總線系統，近段時間以來，德國KROM公司與時俱進，開始推廣現場總線技術優化集成的燃燒控制系統，取得了一定的應用效果。

現階段，在硅酸鹽梭式窯上，眾多窯爐制造商開始引進脈沖燃燒控制技術相關原理，基于該項技術的燃燒特點和相關工藝要求，窯爐制造商普遍認為“脈沖+比例”更適用于陶瓷產品的燒成工作中[4]。

脈沖燃燒控制技術的應用對脈動周期、脈寬和脈動轉化過程要求皆比較嚴苛，同時，高速脈沖燒嘴和普通燒嘴也存在顯著的差異，必須滿足大小火的連續可調和頻繁交替。在我國國內，湖北黃岡華窯中州窯爐有限公司自1994年就開展了有關工業窯爐高溫脈沖燃燒技術的研究，從2000年開始，企業已經實現了將高溫燃燒節能系統和相關技術在300多個工業窯爐內部的應用，同時，北京的神霧熱能技術公司也研發了獨具特色的脈沖燃燒系統，并利用系統實現了對工業窯爐溫度的精準控制。

四、脈沖燃燒控制技術的應用效益分析

（一）與傳統燃燒技術對比

相比于傳統燃燒技術，脈沖燃燒控制技術系統造價、能源降耗、人力資源支出和適用性更為理想，在產品燒成質量方面，也更加優越[5]。

（二）能源效益和環境效益

基于脈沖燃燒控制技術，燃燒熱效率大為提升，相對于仍然應用傳統燃燒技術的工業窯爐，燃料消耗明顯較少，在一定程度上，還可提升工業窯爐產品燒成質量。同時，基于脈沖燃燒控制技術，不僅能夠減少有害氣體生成，還能夠減少燃燒排放物，環境污染控制效果理想。

（三）社會效益

基于脈沖燃燒控制技術，不僅能夠使社會生產領域每年的燃料支出費用大量減少，同時，還能夠極大的提升產品燒成合格率和自動化程度，在人力成本和系統造價成本大為減少的背景下，相關產品在國際市場上的競爭力也能夠得以強化。

結束語：

總而言之，作為一項新型的燃燒控制技術，脈沖燃燒控制技術在新發展階段前景廣闊，值得在陶瓷、冶金和石化等行業深度應用，不僅能夠優化產品質量，還能夠實現節能消耗目標，控制環境污染，進而推動我國社會生產力的持續提升，推動我國經濟領域的穩步發展。

參考文獻

[1]?屈彬，柯善軍. 脈沖燃燒技術在陶瓷輥道窯上的應用[J]. 工業爐，2016，38（005）：34-38.

[2]?張倩，張彤. 脈沖燃燒控制技術在連續退火爐中的應用[J]. 自動化與儀器儀表，2015，000（008）：70-71.

[3]?楊東丹，梁春華，孫明霞. 脈沖爆震燃燒室/加力燃燒室的最新進展[J]. 航空制造技術，2015，485（15）：113-116.

[4]?申凱，張文平. 一種連續退火爐脈沖燃燒燃氣壓力控制方法[J]. 冶金自動化，2017，041（004）：48-53.

[5]?李世超，高宏力，劉偉雄，等. 基于結合部優化的脈沖燃燒風洞測力系統動態特性優化[J]. 推進技術，2018，v.39;No.247（01）：176-184.