分类号密级
UDC
学位论文
蓄热式燃烧技术的应用研究
作者姓名：刘伟娜
指导教师：陈文仲副教授
东北大学工程热物理研究所
申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：工程热物理
论文提交日期： 2008年3月论文答辩日期：学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：
东北大学
2008年3月
A Dissertation in Engineering Thermophysics
Application and Study of
Regenerative Combustion Technology
by Liu Weina
Supervisor: Associate Professor Chen Wenzhong
Northeastern University
March 2008
独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。
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日期：
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本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
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签字日期：签字日期：
蓄热式燃烧技术的应用研究
摘要
蓄热式高温空气燃烧技术是20世纪90年代兴起的集节能、环保等多重优点的高新技术，是被国际燃烧界公认的燃烧领域的革命。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度气氛中燃烧，把回收烟气余热与高效燃烧及降低NO X排放量等技术有机地结合起来，从而实现节能和降低污染物排放量的双重目的。
本文就蓄热式高温空气燃烧技术的原理、历史发展进程及国内外研究状况进行了全面系统地综述，并针对该技术的优势、特点和我国工业炉窑应用该技术的前景进行了分析。通过分析得知采用周期蓄热式燃烧技术，能够扩展火焰的燃烧区域，使得炉膛温度均匀，延长炉衬寿命，并且由于炉内气流方向交替变换，加强了炉内传热，炉膛平均温度升高，加热速度提高。本文根据蓄热式高温空气燃烧的机理，注重高温空气燃烧技术应用，确定和设计出了新型燃烧器的理论计算和设计方案，并推出VB计算程序。同时根据设计计算方案加工实验模型，并进行实验测试，通过改变蜂窝式蓄热体和小球式蓄热体的填充尺寸，得到不同结构参数和操作参数下的测量数据，找出蓄热室的热工参数包括蓄热室的综合换热系数、压力损失、气流分布状况，推导出切实可行的式子。此外，应用Fluent数值模拟软件，对采用蓄热式燃烧技术和不采用蓄热式燃烧技术的炉窑内部工况进行模拟，包括温度场、浓度场以及低NO X的预测，对比两种情况下的模拟结果验证蓄热式燃烧技术的优越性。
可以确信，通过蓄热式燃烧技术在工业炉界的推广使用，对节能和环保事业必将有重大的推动作用。
关键词：蓄热式高温空气燃烧技术；节能；环保；数值模拟；NO X
Application and Study of Regenerative Combustion Technology
Abstract
Regenerative combustion technology is a new high technology started from 90th century. It is widely recognized as the revolution of combustion science by international combustion circles with multi-characteristic, such as energy saving, environmental protection and so on.
This paper systematically summarizes the principle, historic development and research status of regenerative combustion technology in and out of country which is also called as high temperature air combustion technology (HTAC), and at the same time analyzes the merits and characteristic of the technology; finally, analyzes its prospect applied in industrial furnace of our country. With the application of regenerative combustion technology, furnace temperature is average and lining life can be prolonged, besides, mean temperature of the furnace is rosen and heating rate is enhanced because of the airstream’s switching in the furnace. For the sake of the study and application of this technology, the paper designs the regenerative burner with exact project and designing-calculating theory in the base of the principle of it. The VB program is also gained. Designers can easily derive the parameters of burner by it. Then the experimental model is made for testing. With the experimental data, the paper deduces many formulas of the parameters including the coefficient of heat transfer, pressure loss, airstream distribution. At last, with the Fluent software, the paper makes numerical simulation of the furnace working condition that adopts HTAC. Then the temperature field, density field can be described. The quantity of NO X can be also predicted. Therefore, the superiority of HTAC is obvious.
It is true that application of the technology will give a great impulse to the energy saving and environmental protection.
Keywords: regenerative combustion technology; energy saving; environmental protection; numerical simulation; NO X
目录
独创性声明....................................................................................................................I 摘要...........................................................................................................................II ABSTRACT.................................................................................................................III 目录..........................................................................................................................IV 第1章绪论. (1)
1.1蓄热式高温空气燃烧技术概述 (1)
1.2蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理及优势 (2)
1.2.1 蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理 (2)
1.2.2 蓄热式高温空气燃烧技术的优势 (3)
1.3蓄热式高温空气燃烧技术的研究进展 (4)
1.4蓄热式高温空气燃烧技术的应用前景 (5)
1.5本文主要研究内容 (6)
第2章蓄热式燃烧实验系统的研制 (7)
2.1蓄热式燃烧器的研制方案 (7)
2.1.1 蓄热烧嘴 (7)
2.1.2 蓄热体 (8)
2.1.3 换向阀及换向时间 (9)
2.1.4 蓄热式燃烧器的具体实施方案 (10)
2.2蓄热式燃烧器的设计实例 (11)
2.2.1 烧嘴设计 (12)
2.2.2 蓄热室尺寸计算 (15)
2.2.3 风机的选择 (21)
2.3蓄热式燃烧器及燃烧系统设计 (23)
2.3.1 蓄热式燃烧器 (23)
2.3.2 蓄热式燃烧系统 (24)
2.3.3 蓄热式燃烧器VB设计软件 (25)
2.4本章小结 (28)
第3章蓄热式燃烧技术的实验研究 (30)
3.1实验目的 (30)
3.2实验原理 (31)
3.3实验装置 (33)
3.4实验过程 (34)
3.5实验结果及数据整理 (36)
3.5.1 蓄热室压降整理与研究 (36)
3.5.2 蓄热室综合传热系数 (41)
3.6本章小结 (43)
第4章蓄热式燃烧技术的数值模拟 (45)
4.1F LUENT软件简介 (45)
4.2模型抽象和简化 (46)
4.3建立模型并划分网格 (46)
4.4选择模型 (48)
4.4.1数学模型 (48)
4.4.2污染物生成模型 (50)
4.5求解器的选择及求解 (50)
4.6数值模拟结果与分析 (52)
4.6.1 温度场的模拟结果和分析 (52)
4.6.2 浓度场的模拟结果和分析 (55)
4.6.3 NOX的预测 (57)
4.7本章小结 (59)
第5章总结 (60)
参考文献 (63)
致谢 (65)
攻读学位期间发表的论文 (66)
第1章绪论
在20 世纪末，提出的全新概念的蓄热式燃烧技术，把回收烟气余热与高效燃烧及降低NO X排放量等技术有机地结合起来，从而实现节能和降低污染物排放量的双重目的。它为各国进一步提高燃料利用率、降低环境污染带来新的机遇。
1.1 蓄热式高温空气燃烧技术概述
蓄热式高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion——HTAC），是90年代以来发达国家开始普遍推广应用的一种全新燃烧技术[1]。它能够使助燃空气预热到 800～1000℃或以上，燃烧区空气含氧量在2％～21％之间，与传统燃烧过程相比，高温空气燃烧的最大特点是节省燃料，减少 CO2和NO X的排放，降低燃烧噪音。国际上十分重视对高温空气燃烧技术的开发研究，如日本工业界把推广应用高温空气燃烧技术作为新世纪节能和环境保护的主要任务之一，1998年日本有50 余家企业采用此技术改造工业炉窑，其平均节能效果达到 30％，NO X排放指标达到日本政府环境要求以内。我国是世界燃料消耗大国，开发利用蓄热式燃烧技术，对提高我国能源利用效率，改善环境污染，降低企业的生产成本以及提高企业的竞争力将做出重大贡献。
蓄热式高温空气燃烧技术的主要特征表现在以下几方面[2]：
（1）采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够最大限度地回收高温烟气的物理热，从而达到大幅度节约能源（一般节能10％～70％），提高热工设备热效率的目的，同时能够减少温室气体排放（CO2减少10％～70％）。
（2）通过组织贫氧燃烧，扩展了火焰燃烧区域，火焰边界几乎扩展到炉膛边界，使得炉内温度分布均匀；同时，大大降低了烟气中NO X的排放（NO X 的排放减少40％以上）。
（3）炉内平均温度增加，加强了炉内的传热，使相同尺寸的热工设备产量提高20％以上，大大降低了设备的造价。
（4）低热值的燃料（如高炉煤气、发生炉煤气、低热值的固体燃料、低热值的液体燃料等）借助高温预热的空气或高温预热的燃气可获得较高的炉温，扩展了低热值燃料的应用范围。
1.2 蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理及优势
1.2.1 蓄热式高温空气燃烧技术的工作原理
应用蓄热式燃烧技术的燃烧系统主要包括：烧嘴、用陶瓷蜂窝体或蓄热小球等做成的蓄热体、空气和烟气的切换装置(即换向阀)及其相应的控制系统。
后半周期
图1.1 蓄热式烧嘴工作原理图
Fig. 1.1 Operating principle of regenerative burner
这种蓄热式高温空气燃烧系统的工作原理[3]如图1.1所示，叙述如下：燃料由烧嘴进入，助燃冷空气由A通入，燃烧产生的热量加热物料，烟气进入B内，将蓄热室中的蓄热体加热，同时烟气温度降低；经过半个周期换向阀进行换向，接下来，冷空气进入B蓄热室，空气被预热至高温，即蓄热体被逐渐冷却，预热后的空气和燃料在B烧嘴处燃烧，此时烟气进入A蓄热室，蓄热体被加热，而烟气被冷却，至此一个周期完成。
在蓄热式燃烧系统工作过程中，当助燃空气通过一个蓄热室内的蓄热体进行预热时，另一个烧嘴充当排烟的角色，排出的烟气同时加热相应的蓄热室内的蓄热体，也就是当常温空气由换向阀进人蓄热室后，在经过蓄热体时被加热，在极
短时间内常温空气被加热到接近蓄热体温度，然后此高温空气以某一速度喷入炉膛，进而抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注人燃料（燃油或燃气），这样燃料即可在贫氧（2%~21%）状态下实现燃烧，经过一定时间后炉膛内燃烧产生的烟气经过另一个蓄热室进行蓄热，即炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将高温烟气的热量存在蓄热体内完成了蓄热，蓄热后的烟气变为低温烟气排入大气。
1.2.2 蓄热式高温空气燃烧技术的优势
高温空气燃烧技术的优势主要体现在以下几方面[4]：
（1）采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，节能效果很大，可节能30%以上，同时也降低了CO2的排放量，减少了对温室效应的影响。
（2）可将燃烧空气预热至800℃~1100℃的温度水平。一般而言，预热空气温度每提高1000℃，可使理论燃烧温度提高50℃左右，节能3%一5%。此外该技术形成的是与传统火焰迥然不同的新火焰类型，真正实现了高温低氧燃烧。由于火焰的燃烧区域扩大从而消除了局部高温，形成均匀的炉内温度场分布，不但提高了产品的加热质量，同时延长了炉子耐火材料的使用寿命。
（3）由于消除了炉内局部高温，炉膛内温度均匀，可使炉子的温度提高至耐火材料的使用极限以强化炉内传热，同样产量的炉膛尺寸可以缩小20 %以上。炉子尺寸减小后一方面可以降低造价，另一方面又可以使炉子散热减少，使节能工作又上了一个新台阶。改变燃烧系统为蓄热式燃烧系统后，氧化烧损大大减少，可提高金属的成材率。
（4）用分散式余热回收方式代替集中式余热回收方式，当炉子的不同区域有不同温度控制要求时，控制调节手段更加方便有效。
（5）在传统的燃烧机理中，由于存在局部高温区即使采用了低NO X技术也无法实现超低NO X排放。而高温低氧燃烧形成的均匀温度场，有效消除了局部高温，在预热助燃空气温度很高的情况下，真正实现了超低NO X排放。
（6）可以燃烧低热值燃料。许多工业炉的工作温度都比较高，燃烧低热值燃料将达不到所需要的炉温。
（7）操作方便，劳动条件大大改善。可结合PLC自动控制技术，只要在仪表室内操作即可，大大改善了工人的劳动条件，避免了煤气中毒的危险等。
1.3 蓄热式高温空气燃烧技术的研究进展
国内外各种工业炉和锅炉的节能技术发展大致经历了三个阶段[5]：废热不利用阶段、采用换热器回收烟气余热阶段和采用蓄热室回收烟气余热阶段。
在最原始的年代，炉子废热不利用，炉尾烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在30%以下。后来，随着冶炼和陶瓷工业的发展，选用合金(耐热)钢或陶瓷制造换热器，换热器的种类增多了，耐高温能力提高了，换热器得到广泛的应用。从六七十年代开始，国内外较普遍地采用了一种在烟道上回收烟气的装置——空气预热器(或称空气换热器)来回收炉尾烟气带走的热量[6]，但是仍存在问题。目前，工业窑炉的助燃空气预热90%是采用换热器，但是换热器的效率受其固有结构的限制，远比不上蓄热室。换热器的空气预热温度一般为400~600℃，废气排放温度仍有600-700℃，使用寿命很短(仅为1~2年)，而且维修时间长、费用高。这种形势长期困绕着国内外科技工作者，为在工业产品的生产过程中节能降耗、降低产品成本、提高经济效益他们做了不懈的努力，如优化生产经营、管理，优化生产工艺，改进燃料结构，采用新型节能保温材料以及采用各种先进的燃烧装置等。采用这些方法收到了相当大的节能效果，但是国际上对此基本上感到走到了尽头，难以取得更大的突破。为此，广大科技工作者不得不致力于进一步发展蓄热式余热回收系统。蓄热式燃烧技术是基于蓄热室的概念回收废气的余热来预热助燃空气，实现余热极限回收和助燃空气的高温预热的。实际上，蓄热室早在1858年就被发明了，早期的蓄热室的蓄热体是格子砖，单位换热面积较小，蓄热室造价较高、体积庞大，往往蓄热室比炉体本身还大，使蓄热室的应用受到限制。直到1980年，蓄热体的研制工作有了很大进展，产生了体积紧凑的高效蓄热室，1982年英国Hotwork公司和British Gas公司合作，在一座1370℃的玻璃熔炉上建成了第一套蓄热式陶瓷燃烧器(RCB)系统[7]，标志着小型高效蓄热式燃烧系统真正成熟，新的蓄热体无论在材料、尺寸形状、厚度和换热而积等多方面都取得重大突破，换向时间缩短，极大的提高了燃烧系统的余热回收能力和空气预热能力，节能效果十分显著。尽管该系统由于助燃空气温度高，存在NO X排放较高和系统可靠性问题，但仍在英美乃至欧洲等国得到推广应用，迅速建成了几百套RCB系统[8,9,10]应用于钢铁和铝工业中。1990年以后，国内外学术界，特别是日本将蓄热式燃烧系统的节能与环保相抵触的难题提到科技攻关的地位。1990年日本政府提出的“防止地球温暖化行动计划”的三大开发项日之一就是“高性能工业炉的开发”，目标是通过使用1000℃以上的预热空气，使CO2排放
降低(节能)30%，装置尺寸降低20%，使NO X排放满足环境控制的要求。1992年成功开发出实现“余热极限回收和低NO X燃烧”的蓄热式燃烧系统，继而成功地应用于日本热轧厂的连续式大型加热炉上，并称之为“环境协调型蓄热式烧嘴加热炉”[11]。目前，这项技术己在美国、英国、及欧洲一些国家，日本、澳大利亚、加拿大、墨西哥等国家成功的应用于玻璃熔炉、熔铝炉、金属加热炉、锻造炉、热处理炉等许多工业炉窑上[8,9]，得到了国际工业界和科技界的广泛关注，显示了广阔的应用前景。
我国的科技工作者对蓄热式燃烧技术早己开始关注，1990年前后开始引进国外蓄热式燃烧技术，至今己有了自己的专利技术，将使用蓄热式烧嘴的工业炉发展为蓄热式工业炉[12]，即将燃烧器、蓄热室与炉体有机结合于一体。
1.4 蓄热式高温空气燃烧技术的应用前景
目前资源和环境问题日益突出，工业炉是能源消耗的大户，应全面推行高效、清洁的生产技术。蓄热式高温空气燃烧技术从根本上提高了工业炉的能源利用率，特别是对低热值燃料(如高炉煤气)的合理利用，既减少了污染物的排放，又节约了能源，是满足当前资源和环境要求的先进技术。蓄热式高温空气燃烧技术的诞生使得工业炉炉膛内温度分布均匀化问题、炉膛内火焰燃烧范围的扩展问题、炉膛内温度自动控制手段问题、炉膛内的强化传热问题、炉膛内火焰燃烧机理的改变等问题有了新的解决措施[13]。
我国工业炉的污染控制基本上还处于普查、调研和对策研究阶段。随着人们环境意识的提高，降低污染物排放已经是我们必须进行的工作。由于大多数窑炉的炉温都很高，因而形成的NOx有急剧上升的趋势。而以高效预热式空气余热回收和低NO X为根本特征的高温空气燃烧技术在我国的推广应用将有力地推动我国的节能和环境保护事业。高温空气燃烧技术的诞生，是对工业炉窑节能和环保技术的一个重大突破。在我国，工业窑炉是能耗大户，90年代初全国12个工业部门统计，工业窑炉6.1万台，年耗煤1.5亿吨。其中，机械行业燃料炉约2.7万台，占全国窑炉的35.4%，而平均热效率仅为15%，差的甚至仅有5～6%，与发达国家如日本工业炉效率30～40%相比，差距很大[14]。烟气余热约占供给工业炉窑总热量的30～70%，利用烟气余热来预热助燃空气即可提高燃料利用率，也可提高炉子产量。根据资料介绍，预热空气温度每提高100℃，炉子产量提高2%，燃料节约5%。普通换热器预热空气到300～400℃，节能15～25%，高温
换热器节能40%以上。如果采用高温空气燃烧技术进行极限余热回收，就可以达到50～60%的燃料节约率。由此可见，工业窑炉的余热回收具有很大的潜力。
1.5 本文主要研究内容
本文从蓄热式高温空气燃烧的机理着手，注重高温空气燃烧技术应用，确定并设计出了采用该技术的新型燃烧器的理论计算和设计方案。该燃烧器做到结构合理、维修方便、使用寿命长、控制系统可靠，具有高温空气预热、高效节能系列化的特点。拟首先从气体燃料燃烧器开始，进而应用到液、固体燃料上。
同时根据设计计算加工实验模型，通过大量实验，找出蓄热室的热工参数，包括蓄热室的综合换热系数、压力损失、气流分布，切实可行的式子，并推出VB计算程序。此外，应用Fluent数值模拟方式，对采用蓄热式燃烧技术的炉窑内部工况进行模拟，验证蓄热式燃烧技术的优越性，以便于推广到各种工业炉的应用上。
第2章蓄热式燃烧实验系统的研制
在绪论部分，综合国内外高温燃烧技术的研究背景、技术原理、技术特点、发展过程以及国内外的研究与应用现状，已经对蓄热式燃烧技术进行了初步分析。高温空气燃烧技术一经问世，就引起了世界各国的广泛关注，并且在实际应用中取得良好效果。我国是一个能耗较高、能源利用率平均水平偏低的国家，也是世界上污染最严重的国家之一，急需采取新的节能和环境保护措施。本章就从高温预热式燃烧机理着手，基于蓄热式高温空气燃烧技术应用条件简便与适应范围广的特点，把此项技术应用到实际生产中，以实际生产为例，研制出具有高温空气预热、高效节能系列的燃烧系统。
2.1 蓄热式燃烧器的研制方案
蓄热式燃烧器是蓄热式燃烧技术应用的关键，针对目前我国有色行业和机械行业广泛使用的室状工业炉的排烟温度高、能源利用率低的现状，应用蓄热式燃烧技术，设计蓄热式节能燃烧器，使该类型炉的能量利用率至少提高一倍。此燃烧器的应用研究主要包括以下几部分：蓄热烧嘴、蓄热室（装有陶瓷蜂窝体或蓄热小球等做成的蓄热体）。此外，还需考虑换向阀和换向时间，这对于蓄热式燃烧技术的效率有着很重要的影响。
2.1.1 蓄热烧嘴
蓄热烧嘴是蓄热式节能燃烧器燃烧系统的关键设备之一。它主要通过外混烟气稀释和高速射流的卷吸效应两种途径实现低氧燃烧。前种措施易于控制，在生产中也比较容易实现；而后一种方法中，空气卷吸烟气，降低氧气浓度，抑制NO X生成，控制非常困难。
目前，世界上主要的蓄热烧嘴有三种，分别是日本的FDI(Fuel Direct Injection )型烧嘴、德国研制的FLOX燃烧器（Flameless Oxidation Burner）和日本的HRS-DL 型烧嘴[15]。选择烧嘴结构的主要目的是为了让空气与燃料较好的混合，以最佳状态进入炉膛空间，降低炉膛内氧气的浓度，减少NO X的产生。烧嘴的形式和结构关系到炉温是否均匀、燃料利用率是否提高以及NO X排放的多少，这就需要在设计烧嘴时考虑燃料喷口与助燃空气喷口的距离、喷射角度，空气与燃料流速
大小及其最佳比，是否采用燃料分级燃烧等问题。因此决定采用理论计算和经验
自行设计，如确定空气与煤气喷口的设计是选用相互独立的平行射流还是有一定
夹角的交叉射流；是分级燃烧还是选用一次供给燃料系统等。
2.1.2 蓄热体
蓄热体是蓄热式节能燃烧器中最关键也是最能体现技术含量及工业制造水
平的部件。高温空气的预热全靠蓄热体的蓄热、换热而获得，它的结构、材质和
性能直接影响到换热效率、装置的小型轻型化和经济效益。由于蓄热体是在与空
气燃烧或高温燃烧废气进行直接接触的过程中作为热交换器而发挥作用的，因此
要求具有较大的传热面积和耐久性能。另外，由于是装在蓄热室内，因此，体积
小和质量轻也是重要的[16]。
目前工业炉窑中使用的蓄热式燃烧器中的蓄热体主要有两种形式：球状蓄热
体和蜂窝状蓄热体，见图2.1和图2.2所示。
1. 球状蓄热体
材料：粘土质、高铝质、莫来石质
据材料显示：陶瓷球蓄热体的各项指标如下：
比表面积：最佳为190～250m 2/m 3，球径：最佳为15～20mm 。
随着比表面积的增加，烟气出口平均温度降低，空气预热温度升高，蓄热室
的温度效率和热效率增大。当蓄热体比表面积大于250m 2/m 3时，增大蓄热体比
表面积对各指标的影响不明显。增大比表面积是以减小陶瓷球直径为代价的。
随着蓄热体高度的增加，烟气出口平均温度降低，空气预热温度升高，蓄热
室的温度效率和热效率增大。当蓄热体高度较大(大于0.7m)时，
增大蓄热体高度
图2.1球状蓄热体 图2.2 蜂窝状蓄热体
Fig. 2.1 Spherical regenerative body Fig. 2.2 Honeycomb regenerative body
对各指标的影响不明显。由于增大蓄热体高度将增大阻力损失，所以蓄热体高度的取值有一个合适的范围。
蓄热体高度：对直径15mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.6m以上；
对直径25mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.7m以上；
对直径35mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.8m以上。
2. 蜂窝状蓄热体
材料：高铝质、堇青石质、莫来石质
据资料显示：目前广泛使用的蜂窝蓄热体的尺寸多为100×100mm，蜂窝单元间距为1～3mm，壁厚0.2～0.5mm，比表面积大（为小球的2～4倍），蓄热放热快，有效流通面积大（球的7倍），阻力损失小（球的1/3）[17]。对于蜂窝状蓄热体，存在以下问题：
堵塞问题、使用寿命问题、蓄热体更换问题。
实际应用中蓄热室前端设有沉渣室，蓄热体应采用大孔、壁厚结构。
2.1.3 换向阀及换向时间
在蓄热式燃烧技术中，由于必须在一定的时间间隔内实现空气与烟气的切换，因此，换向阀及换向时间也是蓄热式高温空气燃烧技术中的关键技术之一。
1. 换向阀
目前使用的换向阀主要有：五通换向阀、直通式四通换向阀和旋转式四通换向阀等。由于经过换热后的烟气温度很低，所以对换向阀无材质上的特殊要求[18]。但是，由于切换阀换向次数频繁，烟气中含有的微小粉尘会对频繁动作的部件构成磨损，所以要求换向阀有较长的工作寿命和工作的可靠性。
2. 换向时间
在HTAC技术中，除了要有良好的蓄热体换热能力、合理的燃烧器结构以及灵敏的换向系统以外，换向时间的选择对炉子热效率也有很大影响。因此换向时间的研究也是理论分析重点之一。换向装置的切换时间影响蓄热体的温度效率和热效率，同时对炉温波动幅度和火焰燃烧状况也有很大影响，它直接影响蓄热式燃烧技术应用效果的各个方面。
蓄热体、加热面积等其它条件一定的条件下，随着换向时间的延长，空气预热温度降低排烟温度升高[19]，烟气余热回收率降低，同时预热空气温度波动大，造成炉温波动大，炉内温差增大，使换热效率降低；切换时间越短，空气出口平
均预热温度越高，而烟气出口平均温度越低。但是，切换周期并不是越短越好[20]，实际换向时间过短，蓄热体得不到充分加热，难以获得较好的预热效果，切换占用的时间增多，会影响炉内的正常燃烧；且切换周期过短，换向阀过于频繁的开闭会降低其使用寿命，即就换向阀装置的寿命而言则是换向时间越长越好；此外，切换时间还会影响到NO X的生成。因此，当蓄热体结构一定时，其切换周期的选取有一个合理范围[21]。所以，可通过计算法求出换向时间的大小，再与实验相校核，确定最终的换向时间。最佳的换向时间还需根据系统的实际情况进行成本、效益综合分析确定。
2.1.4 蓄热式燃烧器的具体实施方案
通过查阅大量的国内外资料及现场调研，根据其所应具有的技术特点，确定所设计的蓄热式燃烧器的具体设计方案如下：
（1）采用空气单预热，预热后空气温度大于800℃，排烟温度控制在100℃~200℃之间；
（2）烧嘴结构采用套筒式结构；设计双烧嘴结构，一个烧嘴用于燃烧，一个烧嘴用于排烟；
（3）设计双蓄热室结构，蓄热室位于烧嘴下方，蓄热室内蓄热体采用蜂窝式蓄热体（其原因将在后面追述）；
（4）采用旋转式四通换向阀；
（5）换向时间定为40s。
1. 烧嘴的选择
本蓄热烧嘴的设计遵循高温低氧空气燃烧的基本技术原理，即高效回收烟气余热，大幅减少污染物特别是NO X的排放。本方案选用套筒式烧嘴，这种烧嘴的燃气通道和空气通道是两个同心套管，两套管间的环形为空气通道，在该通道上设个数不等的圆形喷口。煤气和空气为平行射流，在离开烧嘴后才开始混合，这样做的目的是有意使混合速度放慢，把火焰拉长，属于有焰燃烧。这种烧嘴的特点是结构简单，气体流动阻力小，所需要的煤气和空气压力比较低。由于混合较慢，火焰较长，因此需要有足够大的燃烧空间，以保证燃料的完全燃烧[22]。针对混铝炉设计此蓄热式燃烧器，因为炉内铝液表面存在一层渣，黑度小从而导致辐射换热效果差，将烧嘴设计具有一定倾角后火焰将直接冲到铝液表面，增强对流换热效果。因此，在本设计中烧嘴选用一次供给燃料，并采用与水平方向成
15o的倾角。
2. 蓄热体材质的选择
本设计的难点是平稳产生高温的助燃空气，从其高效节能原理分析可知，蓄热体应具有高效蓄热和高效换热功能。蓄热体材料要无温度应力限制、高温结构强度好、抗氧化、抗腐蚀、经济、长寿等特点。对目前使用最多的两种蓄热体蜂窝式蓄热体与小球式蓄热体的主要参数比较如下：
表2.1 两种蓄热体主要参数的对比
比表面积4～6 1 重量 1/10 1 形状和流通面积直线、大曲线、小
压力损失小大
切换时间 30～70s 90s～180s
从表2.1可以看出，蜂窝式蓄热体优点较多，最终选用蜂窝式蓄热体作为蓄热室填充材料[23]。但是它的切换时间短，导致切换频率增大，这就势必增加了换向阀的动作，因此在制作换向阀时要应该充分考虑这一点。通过实验可知，蜂窝式蓄热体存在最佳换向时间，大于和小于这一换向时间都会产生负面影响，实验中的几种蓄热体最佳换向时间介于30～50 s（秒）之间[24]，本燃烧器的最佳换向时间可确定为40s。
3. 换向装置
换向装置是节能燃烧器很重要的组成部件，换向阀的寿命是评价燃烧器的一个重要指标。由于燃烧器运行期间需要进行频繁换向，换向阀的寿命将直接影响到燃烧器的工作性能。由于换向过程是在蓄热室的排烟侧进行的，烟气经过蓄热室后，温度在200℃以下，故对换向阀的材质无特殊要求，因此可采用旋转式四通普通金属换向阀。
2.2 蓄热式燃烧器的设计实例
本节主要是设计适用于镁还原炉、铝混合炉、锻造炉、热处理炉等各种周期式加热炉用的新型燃烧器的各尺寸的设计计算。在燃烧器结构的选择上，选用套筒式结构；燃料为气体燃料，以后再逐渐推广至液体燃料和固体燃料。在设计之
前，需要确定一些参数，包括烧嘴能力、燃料温度、燃料成分、燃料与空气的出
口速度、管道内的空气流速等，以实际例子作演示，具体的设计步骤如下：
燃料以天然气为例，相关的原始数据及有关参数如下所示：
烧嘴能力：45m 3/h
烧嘴前天然气温度：20℃
烧嘴前空气温度：800℃
炉膛温度：1200℃
表2.2 天然气干成分（%）[22]
Table 2.2 Dry component compositon of natural gas(%)
名称 CH 4 CO H 2 CO 2
合计 成分% 98.0 0.5 0.5 1.0 100
2.2.1 烧嘴设计
1. 湿成分换算[25]
因为空气中含有水分，即使在常温下空气中也是含有水蒸气的。当空气中含
有较多水分，或要求精确计算时，应把空气中的水分估计在内。20℃时，空气中
的水分含量查表知为18.9g/m 3，进行干湿成分的换算。
将空气中的水分含量g 换算为体积含量，即为： 22.40.0012418g g ××11000
m 3/m 3
0229.09.18124.01009.18124.0g 124.0100124.0222＋＝＋＝干干湿××O H O
H g O H 977.0100
1001002＝湿×?=O H K 计算结果见表2.3所示：
表2.3 天然气湿成分（%）
Table 2.3 Wet component composition of natural gas(%)
名称 CH 4 CO H 2 CO 2 H 2O 合计
成分% 95.74 0.49 0.49 0.98 2.30 100
2. 计算天然气湿成分低发热值
湿湿湿天低2426.107O 15.12615.361H C CH Q ×++=
2503449.082.90849.015.12674.9515.356=×+×+×= kJ/Nm 3
3. 计算20℃时天然气密度
'''
22421628218441822.4100
CH CO H CO H O ρ++×++=× 728.0100
4.2229.21898.04449.0249.02874.9516=××+×+×+×+×= kg/m 3
4. 计算理论空气需要量L 0
14.921
49.05.049.05.074.952215.05.0224=×+×+×=×+×+×=湿湿湿H CO CH L o m 3/m 3 5. 计算实际空气需要量L n 和烟气量V n ，取n=1.1，得：
0 1.19.1410.05n L nL ==×= m 3/m 3
2n H O n (1+0.00124g )L (10.0012418.9)10.0510.29L ==+××=湿
干 m 3/m 3
2n 24220n 21V [O 3CO H O ]10n 0.00124gL 100
C H CH ?=++++×++湿湿湿湿湿湿
（- 221[0.490.49395.740.98 2.30]1011)9.140.0012418.910.29100
?=++×++×+×+××（.-=11.29 33/m m
6. 空气流量
129.03600
4529.103600n ＝＝天然气空×V L V m 3/s 7. 天然气出口速度
为使天然气与空气充分混合，按经验取其出口速度为15m/s 。
8. 天然气出口断面面积
450.00083333600360015
V f v ×天然气天然气天然气＝＝＝ m 2 9. 天然气喷管直径
113032.62d 天然气＝ mm 取32mm
10. 预热后空气管道流速
1.2 1.21518v v ×空气煤气＝＝＝ m/s
11. 空气出口环形断面面积 m 2
蓄热式加热炉传热基础知识 一传热的基本方式 钢坯加热是通过炉内热交换过程进行的。只要有温度差存在 热量，热量总是由高温向低温传递，这种热量传递过程称为传热。传热是一种复杂的物理现象，根据其物理本质的不同，把传热过程分为三种基本方式：传导、对流和辐射。 1传导传热 没有质点相对位移情况下，物体内部或直接接触的不同物体因为温度差，将热量由高温部分依次传递给低温部分的现象，称为传导传热。 传导传热快慢主要影响因素有： （1）材料的导热系数。各种材料的导热系数都由实验测定。气体、液体和固体三种比较来看，气体的导热系统一般比较小（仅为 0.006—0.58W/(m·℃）),液体的导热系数一般比气体大（在 0.09—0.7W/（m?℃）之间），固体的导热系数一般比较大，其 中以金属的导热系数最大（在2.8--419W/(m?℃)之间，纯银的导热系数最高）。而且随着温度的变化，物体导热系数也随着变化。 （2）温度差。温度差越大，传导传热也越强烈，另外温差越大，传热不可逆损失越大。 2对流传热 依靠对流的各部分发生相对位移，把热量由一处传递到另一处的
现象，称为对流传热。
对流传热主要因素不仅有物体的温度差，而且与下列因素有关：（1）流体流动的情况。 （2）流体流动的性质。 （3）流体的物理性质。 （4）工体表面的形状、大小和位置。 3 辐射传热 依靠物体表面。对外界发蛇的电磁波（辐射能）来传递热量，当辐射能投射到另一物体时，能被另一物体吸收又变成热能。这种依靠电磁波来传递热能的过程叫辐射传热，辐射是一切物体固有的特征，辐射传热不需要任何中间介质或物体的直接接触，在真空中同样可以传播。 辐射传热主要影响因素： | （1)辐射传热量的大小与辐射体的温度的4次方成正比，因此，提高炉温对加热速度有决定性意义。蓄热式加热炉燃烧温度比常温燃烧高许多，因此烟气的辐射传热效果远远好于常温燃烧。 （2）辐射传热量的大小与辐射体的黑度成正比，因此，提高加热炉内壁和火焰黑度对提高加热速度和节能降耗有重要意义。 二蓄热式加热炉炉内综合传热 在加热炉的炉膛内，热的交换过程是辐射、对流和传导同时存在，我们把这种传热方式叫做炉内综合传热。
蓄热式燃烧技术目前存在的几点不足(分享) 目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。至今我们已有了自己的一些专利，并且在国内有了相对广泛的应用，取得了相当的经济效益。 关键部件 1 蓄热体 蓄热体是高温空气燃烧技术的关键部件，其主要技术指标如下： (1)蓄热能力：单位体积蓄热体的蓄热量要大，这样可减小蓄热室的体积，需要通过材料的比热ＣＰ来衡量。(2)换热速度：材料的导热系数λ可以反映固体内部热量传递的快慢，导热系数大可以迅速地将热量由表面传至中心，充分发挥蓄热室的能力；高温时，材料辐射率可表征气体介质与蜂窝体热交换的强弱。(3)热震稳定性：蓄热体需要在反复加热和冷却的工况下运行，在巨大温差和高频变换的作用下，很容易脆裂、破碎和变形等，导致气流通道堵塞，压力损失加大，甚至无法继续工作。(4)抗氧化和腐蚀性：有些材料在一定的温度和气氛下发生氧化和腐蚀，会堵塞气体通道，增加流通阻力。(5)压力
损失：在气体通过蜂窝体通道时，会产生摩擦阻力损失，在流经两块蜂窝体交界面时因流通面积突变和各个通道之间可能发生交错而产生局部阻力损失；前者对传热有利，后者对传热是不利的，因此应尽力减少局部阻力损失来降低风机的动力消耗。(6)经济性：它是一个重要的指标，一种蜂窝体如果各种性能都好，但成本很高，推广和应 用会受到限制。 2 换向阀 由于必须在一定的时间间隔内实现空气、煤气与烟气的频繁切换，换向阀也成为与余热回收率密切相关的关键部件之一。尽管经换热后的烟气温度很低，对换向阀材料无特殊要求，但必须考虑换向阀的工作寿命和可靠性。因为烟气中含有较多的微小粉尘以及频繁动作，势必对部件造成磨损，这些因素应当在选用换向阀时加以考虑。如果出现阀门密封不严、压力损失过大、体积过大、密封材料不易更换、动作速度慢等问题，会影响系统的使用性能和节能效果。 3 烧嘴 烧嘴的设计原则是不能让空气和煤气混合得太快，这样容易形成局部高温，但也不能混合得太慢，防止煤气在蓄热室出现“二次燃烧”甚至燃烧不充分。为了保证燃料在低氧气氛中燃烧，必须在设计其供给通道时，考虑燃料和空气在空间的扩散、与炉内烟气的混合和射流的角度及深度，而这些参数应根据加热装置尺寸、加热工艺要求、燃料
RTO蓄热式焚烧炉 一、RTO热力焚烧炉概述 RTO又称蓄热式热力焚烧炉，是一种借助热能将废气直接燃烧的环保设备，可处理喷漆、烤漆、印刷、塑胶、化工、电泳、涂装、电子等几乎所有行业的废气。对于浓度在100-3500mg/m3范围内的废气，RTO具有其他净化技术无法企及的效果，此外高浓度有机废气也可通过吸附浓缩后通入RTO 直燃装置中！ RTO蓄热式热力焚烧炉主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。陶瓷填充床可使热能得到极大限度的回收，经热量监测后回收率达到了95%，所以在使用RTO处理工业有机废气（VOCs）时，需求方可节省大量的燃料消耗，降低废气净化成本，轻松过环评。 RTO结构图
二、RTO焚烧炉工作原理 RTO将有机废气加热到760℃以上，有机废气会发生热氧化反应生成无毒的CO2和H2O，从而达到净化废气的效果。 RTO在工作的过程中全程回收热量，热能回收率达到了95%以上，实现了废气净化和环保节能的双重目的，是处理中高浓度挥发性有机废气的极佳选择。 RTO蓄热式热力焚烧炉工作原理：对有机废气进行预处理操作后，将其通入炉体内，加热至一定温度（通常为730-780℃），使废气中的有机成分发生氧化还原反应，生成小分子无机物（如CO2、H2O），经风机、烟囱排入大气。氧化产生的高温气体流经陶瓷蓄热体，使陶瓷体升温开始“蓄热”，用于处理后续进入的有机废气，从而节省了大量的燃料。 RTO系统中设置了多个蓄热室，以保证每个蓄热室依次经历蓄热-放热-清扫等程序，周而复始，连续工作。蓄热室“放热”后应引入洁净空气对室内进行清扫，待清扫完成后方可进入“蓄热”程序，否则残留的废气分子随烟囱排入大气中，从而降低了处理效率。 RTO主体结构图 三、RTO热力燃烧技术特点 将有机废气流经蓄热陶瓷体，经加热后，温度迅速提升，在炉膛内温度可达到800℃，有机废气中的VOCs在此高温下直接分解成二氧化碳和水蒸气，形成无毒、无味的高温烟气。 混合气体流经温度稍低的蓄热陶瓷，大量热能即从烟气中转移至蓄热体，用来加热下一次循环的有机废气，高温烟气的自身温度大幅度下降，再经过热回收系统和其他介质发生热交换，烟气温度进一步降低，最后排至室外大气。 四、RTO蓄热式燃烧适用范围 （1）适应行业范围：烘炉废气、化工电泳、涂装、喷漆、印刷、电子等行业的废气处理。
国内蓄热式加热炉的对比 国内蓄热式加热炉的对比 https://www.doczj.com/doc/bf6285374.html, 2009.08.05 1前言 众所周知，用蓄热室来预热空气和燃料是一项较早的技术，但由于其换向阀结构复杂、体积庞大、控制系统不可靠、换向时间长、效率比较低，因此没有得到重视，因而换热器技术得到迅速发展。由于二十世纪七十年代的能源危机后，节能工作得到各个国家的重视，加之科学技术的不断进步，出现了结构简单，控制方便，可靠性强的换向系统。因此近十年来蓄热式燃烧技术得到长足发展，各个国家都在研究各种蓄热式烧嘴和高效蓄热式燃烧技术，以及高风温燃烧技术。为此，根据所了解的情况进行对比分析 2国内蓄热式燃烧技术情况 中国自二十世纪八十年代开始有国外译文介绍，八十年代中后期国内热工界也开始研究新型蓄热式技术，建立了专门的陶瓷球蓄热式实验装置。东北大学、北京科技大学、机械部第五设计研究院、冶金部鞍山热能研究院等对此技术都有研究，但是工业应用很少。1998年9月萍乡钢铁有限责任公司首次和大连北岛能源技术有限公司合作采用蓄热式燃烧技术进行轧钢连续式加热炉燃烧纯高炉煤气技术的开发研究，并率先在萍钢棒材公司轧钢加热炉上应用，在国内首次实现了蓄热式技术燃烧高炉煤气在连续式轧钢加热炉上的应用。 此炉作为国内第一座蓄热式轧钢加热炉，尽管在许多方面还不尽人意，但应该说为国内蓄热式燃烧技术应用在冶金行业连续式加热炉开辟了先河；此后，国内有多家公司开展蓄热式燃烧技术的研究和在国内的推广应用，蓄热式燃烧技术逐渐成熟。如北京神雾公司的蓄热式烧嘴加热炉，秦皇岛设计院的蓄热式加热炉等。在蓄热式燃烧技术方面形成了一套较完善的设计思想和方法，蓄热式技术在工业炉上的应用，实现了高产、优质、低耗、少污染和高自
KROM蓄热式烧嘴的结构和工作原理 KROM蓄热式烧嘴是一种通过蓄热球从窑炉烟气中回收热量来预热空气以此达到交替燃烧均匀加热目的的烧嘴。蓄热式烧嘴主要应用于工业燃气加热领域，降低NOx排放，很高的燃烧热效率著称。它是继自身预热式烧嘴后的又一大技术进步。 什么是蓄热式烧嘴的结构和工作原理 高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置,交替切换空气与烟气,使之流经蓄热体,能够在很大上回收高温烟气的显热,即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平,形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型,创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧,避免了通常情况下,高温热力氮氧化物NOx的大量生成.因此,这项技术在实际应用中,产生了显著的经济效益和社会效益. 蓄热式烧嘴的结构 蓄热式烧嘴是由耐高温的全陶瓷烧嘴和蓄热式陶瓷换热器两大部分构成。将换热系统与烧嘴相连后并安装在炉窑侧壁上，再通过换向滑阀，成对操作。 蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后,在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热,在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃),高温热空气进入炉膛后,抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流,同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气),这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气,炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体,然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出.工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换,使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态,常用的切换周期为30~200秒. 简单说,就是先将蓄热体加热后,再通入空气,并将空气加热到高温,送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量,目的是降低氧化氮的含量）后,再与燃料混合燃烧. 蓄热式烧嘴的工作原理 一套蓄热式烧嘴系统至少包括两个烧嘴，两个蓄热器，一个热能回收系统以及相应的控制装置。烧嘴和蓄热器可根据现场实际情况直接连接在一起或选择用耐火材料浇注的管道连接在一起。当一个烧嘴利用蓄热器里的热空气进行燃烧时，另一个烧嘴
蓄热式燃烧技术原理 当常温空气由换向阀切换进入蓄热室后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低 50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。 简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。 要注意的是，蓄热燃烧，蓄热室必须是成对的，其中一个用来加热空气，而另一个被烟气加热。经过一个周期后，加热空气的蓄热室降温，而被烟气加热的蓄热室却升高温度，这样，通过换向阀，使两个蓄热室作用交换，这时原来是排烟口的，现在变成了烧嘴，而原来是烧嘴的，现在变成了排烟口。 高温空气燃烧技术的主要特点是：(1)采用高温空气烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，即实现了极限余热回收；(2)将燃烧空气预热1000℃以上的温度水平，形成与传统火焰(诸如扩散火焰与预混火焰等)迥然不同的新型火焰类型，创造出炉内优良的均匀温度场分布；(3)通过组织贫氧状态下的燃烧，避免了通常情况下，高温热力氮氧化物NOx的大量生成。因此，这项技术在实际应用中，产生了显著的经济效益和社会效益。 蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术，全名称为：高温低氧空气燃烧技术（High Temperature and Low Oxygen Air Combustion-HTLOAC），也作HTAC（High Temperature Air Combustion）技术，也有称之为无焰燃烧技术(Flameless Combustion)。通常高温空气温度大于1000℃，而氧含量低到什么程度，没有人去划定，有些人说应在18%以下，也有说在13%以下的。 蓄热燃烧技术原理如图所示：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100℃)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。 简单说，就是先将蓄热体加热后，再通入空气，并将空气加热到高温，送入炉内与烟气混合（为降低氧气含量，目的是降低氧化氮的含量）后，再与燃料混合燃烧。
蓄热室连续加热炉的基本结构组成 连续式加热炉由以下几个基本部分组成：炉子基础和钢结构、炉膛与炉衬、燃料燃烧系统、排烟系统、余热利用装置、冷却系统、装出料设备、检测及调节装置、计算机控制系统等。 1炉子基础和钢结构 炉子基础将炉膛、钢结构和被加热钢坯的重量所构成的全部载荷传到地面上。一般采用混凝土基础。 炉子钢结构是由炉顶钢结构、炉墙钢结构和炉底钢结构的一个箱形框架结构，用以保护炉衬和安装烧嘴。水梁、立柱及各种炉子附件的固定主要由型钢和钢板组成。 （1）炉膛与炉衬 炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对钢坯进行加热的 地方。炉墙、炉顶和炉底通称为炉衬，炉衬是加热炉的一个关 键技术条件。再加热炉的运行过程中，不仅要求炉衬能够在高 温和载荷条件下保持足够的温度和稳定性，要求炉衬能够耐受 炉气的冲刷和炉渣的侵蚀，而且要求有足够的绝热保温和气密 性能。为此，炉衬通常耐火层、保温层、防护层和钢结构几部 分组成。其中耐火层直接承受炉膛内的高温气流冲刷和炉渣侵 蚀，通常采用各种耐火材料经砌筑、捣打或浇筑而成；保温层 通常采用各种多孔的保温材料经砌筑、敷设、充填或粘贴形成，其功能在于最大限度地减少炉衬的散热损失，改善现场操作条 件；防护层通常采用建筑砖或钢板，其功能在于保持炉衬的气
密性，保持多孔保温材料形成的保温层免于损坏。钢结构是位于炉衬最外层的由各种钢材拼焊、装配成的承载框架，其功能在于承担炉衬、燃烧设备、检测设施、检测仪器、炉门、炉前管道以及检测、操作人员所形成的载荷，提供有关设施的安装框架。
A炉墙 炉墙分为侧墙和端墙，沿炉子长度方向上的炉墙成为侧墙，炉子两端的炉墙。整体捣打、浇注的炉墙尺寸可以根据需要设计。炉墙采用可塑料或浇注料内衬和绝热层组成的复合砌体结构。为了使炉子具有一定的强度和良好的气密性，炉墙外壁为5mm或6mm厚的钢板外壳。 蓄热式连续加热炉的炉墙上除了设有炉门、窥视门、烧嘴孔、测温孔等孔洞，还有蓄热室和高温通道（蓄热式烧嘴的蓄热室一再少嘴里），所以炉墙要能够承受高温。为了防止砌体受损，炉墙应尽可能避免直接承受附加载荷，所以炉门，冷却水管等构件通常都直接安装在钢材上。 B炉顶 加热炉的炉顶按其结构分为拱顶和吊顶两种。现在大多采用可塑料或浇注料内衬和绝热层组成的符合砌体吊顶结构。这种吊顶结构不受炉子跨度的影响且使用寿命长。 C炉底 炉底一般采用砖砌复合结构，高温炉底还要承受炉渣的化学侵蚀。
蓄热式燃烧技术 一、前言 随着经济全球化的不断推进，资源和环境问题日显突出.工业炉做为能源消耗的大户，如何尽快推行高效、环保的节能技术成为重中之重。 蓄热式燃烧技术从根本上提高了加热炉的能源利用率，特别是对低热值燃料（如高炉煤气）的合理利用，既减少了污染物（高炉煤气）的排放，又节约了能源，成为满足当前资源和环境要求的先进技术。另外,蓄热式燃烧技术的采用又强化了加热炉内的炉气循环,均匀炉子的温度场,提高了加热质量,效果也非常显著. 二、发展历史 蓄热式燃烧方式是一种古老的形式，很早就在平炉和高炉上应用。而蓄热式烧嘴则最早是由英国的Hot Work与British Gas公司合作，于上世纪八十年代初研制成功的。当初应用在小型玻璃熔窑上，被称为RCB型烧嘴，英文名称为Regenerative Ceramic Burner。由于它能够使烟气余热利用达到接近极限水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以广泛推广应用。 1984年英国的Avesta Sheffild公司用于不锈钢退火炉加热段的一侧炉墙上，装了9对，其效果是产量由30t／h增加到45t／h，单耗为1.05GJ／t。虽然是单侧供热，带钢温度差仅为±5℃。 1988年英国的Rotherham Engineering Steels公司在产量175 t／h的大方坯步进梁式炉上装了32对RCB烧嘴，取代了原来的全部烧嘴，600℃热装时单耗0.7GJ／t，炉内温度差±5℃。 日本从1985年开始了蓄热燃烧技术的研究。他们没有以陶瓷小球作蓄热体，而是采用了压力损失小、比表面积比小球大4—5倍的陶瓷蜂窝体，减少了蓄热体的体积和重量。 1993年，日本东京煤气公司在引进此项技术后作了改进，将蓄热器和烧嘴组成一体并采用两阶段燃烧以降低NOx值，其生产的蓄热式烧嘴称FDI型。开始用于步进梁式炉，锻造炉，罩式炉以及钢包烘烤器等工业炉上。 日本NKK公司于1996年在230t／h热轧板坯加热炉(福山厂)上全面采用了蓄热式燃烧技术，使用的是以高效蜂窝状陶瓷体作蓄热体的热回收装置和喷出装置一体化的紧凑型蓄热式烧嘴，烧嘴每30s切换一次。投产后，炉内氧浓度降低、NOx大幅度减少，炉内温度均匀，效率提高。 在中国,早期的蓄热式燃烧技术应用于钢铁冶金行业中的炼钢平炉和初轧均热炉上。然而，由于当时所采用的蓄热体单位比表面积小，蓄热室结构庞大，换向阀安全性能差、造价高，高温火焰温度集中，技术复杂等诸多原因，导致了其难以在其他加热炉和热处理炉上使用。 80年代后期，我国开始了陶瓷小球蓄热体蓄热式燃烧技术的研究和应用。当时，结合我国广泛使用低热值燃料，特别是大量高炉煤气被放散的实际情况，我国的热工研究者开发出了适合我国国情的独具特色的蓄热式高温燃烧技术软硬件系统，并逐步应用于均热炉、车底式退火炉、加热炉等各种工业炉窑上。 三、基本原理及特点 1、蓄热式燃烧装置的原理 1．1动漫效果 1．2蓄热式燃烧装置原理见下图1.(a) (b) (c)
王工： 您好，此规程仅供参考，不足之处，敬请指正。 胖子 操作规程 开炉前煤气管道吹扫步骤： 1、将煤气总管蝶阀、盲板阀、蓄热箱前的手动蝶阀处于关闭状态，打开放散阀。 2、将煤气总管的氮气吹扫阀打开，吹扫十至二十分钟。 3、打开盲板阀。 4、关闭氮气吹扫阀。 5、打开煤气总管蝶阀，置换五分钟。 6、关闭放散阀。停炉前煤气管道吹扫步骤：若出现长时间停炉时，需关闭 煤气总管阀门。 1、关闭煤气总管蝶阀和所有蓄热箱前的手动蝶阀，打开煤气放散阀。 2、打开氮气吹扫阀，吹扫十至二十分钟。 3、关闭煤气总管盲板阀。 4、关闭氮气吹扫阀。 5、关闭放散阀。 开炉前的检查： 1、所有空、煤气管道，试压、试漏合格。煤气总管阀门处于关闭状态。 2、所有阀门开启灵活，阀位显示正确。
3、换向阀、助燃风机、引风机单机试车合格并验收。 4、所有加热炉设备调试完毕并验收。 5、安全指示、报警、各设备之间连锁按设计要求调试合格并验收。 6、加热炉砌筑工程验收合格。 7、加热炉自动化仪表系统调试完毕。 8、汽化冷却系统打压调试完毕，工程验收合格。 9、检查煤气三位三通换向阀是否运转灵活，工作是否正常。 10、检查各空气、煤气调节阀、烟气调节阀是否工作正常。 11、检查蓄热箱，启动助燃风机，启动三位三通换向阀换向程序，检查蓄热箱向炉内送煤气状况。检查蓄热箱的所有焊缝连接处是否漏气，如存在漏气及时处理。检查蓄热箱喷口气流是否均匀、通畅，确认蓄热箱工作正常。 12、氮气系统、吹扫放散系统、炉区供电系统等验收合格，煤气管路系统吹扫完毕。 开炉： 首先确定蓄热箱及烧嘴前蝶阀、烟气调节阀、煤气调节阀、空气调节阀是否处于关闭状态，没有处于关闭状态的阀门均要关闭。 1、首先开启助燃风机，调节助燃风机出口蝶阀，使风机运转平稳。 2、打开所有空气的蝶阀对加热炉进行吹扫，直至炉内无可燃气体存在，关闭点火烧嘴前空气调节阀。 3、在加热炉靠近点火烧嘴处，用木柴点燃1~2堆明火。 4、先开点火烧嘴的嘴前空气调节阀，然后再开点火烧嘴的嘴前煤气调节阀，点燃该点火烧嘴。 5、所有点火烧嘴稳定燃烧后，按需要进行烘炉或升温。根据炉温的设定，依次调节各点火烧嘴前空气蝶阀及煤气蝶阀，保证加热炉正常负荷的供给。烟气调
一、引言蓄热式加热炉是用于轧钢厂的一种新型的加热炉，具有高效燃烧、回收利用烟气及低二氧化碳排放等优点。在工业企业中广泛应用，对节能减排工作起着重要的促进作用。 二、蓄热式加热炉的工作原理及其特点蓄热式加热炉的高效蓄热式燃烧系统主要由蓄热式烧嘴和换向系统组成。它分为预热段、加热段和均热段三个主体。其原理是采用蓄热室预蓄热全，达到在最大程度上回收调温烟气的湿热，提高助燃空气温度的效果。新型蓄热式加热炉的蓄热室现在普遍采用陶瓷小球或蜂窝体作为蓄热体，其表面积大，极大的提高了传热系统，使蓄热室内的体积大大缩小。再加上新型可靠的自动控制技术及预热介质预热温度高，废气预热得到接近极限的回收。是一种新型的高效、节能的加热炉。参与控制的主要现场设备有：各段炉温测量热电偶；煤气预热器前后烟气温度测量热电偶；各段烟气及排烟机前烟气温度测量热电偶；各段煤气、空气及烟气流量测量孔板及差压变送器；各段煤气、空气及烟气流量调节阀；各段两侧烧嘴前煤气切断阀及空气/烟气三通换向阀；炉压测量微差压变送器及用于炉压调节的烟道闸板；用于风压调节的风机入口进风阀；煤气总管切断阀及压力调节阀；其它安全保护连锁设备等。三、换向原理换向装置是加热炉的重要部件，整个燃烧过程都是靠抽象向装置完成的。可以说它是整个加热炉的心脏。它的
换向原理是：初始状态下，换向装置处于某一固定状态时，向炉子一侧的燃烧器输送煤气、空气，在炉内实现混合燃烧，同时从炉子另一侧的燃烧器排出烟气，经过一个周期（120s-180s)改变方向，实现周期换向。换向装置一般采用双气缸、二位四通换向阀，它内有四个通道，每次动作开启两具通道，同时关闭两个通道以实现供气和排水气的周期性换向。四、自动控制系统蓄热式加热炉控制系统一般有：⑴换向控制系统；⑵炉温控制系统；⑶炉内压力控制系统；⑷安全保护控制系统；⑸烟空比控制；⑹HMI人机对话界面的功能。1、换向控制系统设备的选型换向控制是整个加热炉燃烧、控制系统的重中之重，是燃烧控制的关键控制系统。也就是说换向控制系统的正常运行决定着整个加热炉的正常燃烧和炉温的控制。所以在控制系统上采用计算机控制系统，由传感器采集各种变量PLC，再由PLC根据设定控制方式和目标值，分别驱动相应的换向装置和相应的执行机构，调节过程变量，实现对温度、压力、流量的调节控制。操作人员可通过键盘和鼠标经工控机HMI界面来设定炉子的各项热工参数,计算机根据设定的参数送上工控机处理,并在HMI上显示.同时随时可查看各种历史参数和打印各种生产报表。声光报警系统可即时对故障进行报警，并向操作者提示处理方法是目前较先进、实用的计算机控制系统。2、换向控制换向控制系统设有自动、手动控制两部分。在正常的运行过程中
蓄热式加热炉技术是自20世纪80年代发展起来并投入使用的一项新技术。它以蓄热室为基础来回收烟气余热,从而实现余热的最大回收和助燃空气以及煤气的高温预热。国外蓄热式加热炉的研究工作起步早、发展快，已经大规模地应用到工业中。我国的蓄热式加热炉研究工作和应用起步较晚，但是发展速度快，到目前为止已有许多钢厂建成并投入使用了这种炉型，并取得了较好的效果。 总结这几年双蓄热式加热炉燃烧系统方面的设计及应用情况，拟从以下几个方面进行总结和探讨。 1蓄热体形式 蓄热体目前的发展趋势是采用陶瓷蜂窝体。其 高温段材质为高纯铝质材料，有较高的耐火度和良好的抗渣性；中温段采用莫来石材料；低温段材质为堇青石，其特点是在低于1000℃的工况下具有较好的抗腐蚀和耐急冷急热性。蜂窝体的前端增加 刚玉挡砖，减少高温炉膛对蜂窝体的辐射，同时可增加蜂窝体的堆放稳定性。 与颗粒状蓄热体(小球形蓄热体)比较，蜂窝状蓄热体有如下优点： 单位体积换热面积较大，100孔/6.45cm 2的蜂窝体是Φ15mm 球比表面积的5.5倍，是Φ20mm 球的7倍。在相同条件下，将等质量气体换热到同一温度时的蜂窝体体积仅为球状蓄热体的1/3～1/4，重量仅为球的1/10左右，这就意味着蜂窝体蓄热燃烧器构造更轻便、结构更紧凑。 蜂窝体壁很薄仅0.5～1mm ，透热深度小，因而蓄热、放热速度快，温度效率高，换向时间仅为30～ 45s ，这比球状蓄热体的换向时间3min 大大缩短， 更利于均匀炉内温度场，保证钢坯均匀加热，这一点对加热合金钢、高碳钢尤为有利。 按照蜂窝体内气流通道规则，阻力损失仅为球状的1/3～1/4。球形蓄热体气流阻力损失随空气流速增大而增大，其变化规律为幂函数关系，球径大则阻力变小，但蓄热室结构也要相应增大。蜂窝体由于有较高压力的气体频繁换向，起到了吹刷通道作用，故 蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究 杨茂平，戴红 （中冶华天工程技术有限公司，安徽马鞍山243005） 摘 要：主要针对蓄热式加热炉在设计和操作中出现的问题，对蓄热体形式、换向阀及换向控制系统、烧嘴布置方 式、管道设计以及炉体结构等进行了优化设计,提出了改进措施,并对优化操作提出了建议。 关键词：蓄热式加热炉；燃烧系统；优化设计中图分类号：TF066.1 文献标识码：B 文章编号：1001-6988（2010）01蛳0022蛳03 Design Research of Burning System in Regenerative Reheating Furnace YANG Mao -ping,DAI Hong （Huatian Engineering &Technology Co.,Ltd,MCC,Ma ’anshan 243005,China ） Abstract:In view of some problems in the design and operation of regenerative reheating furnace,the optimization designment and improvement measures for heat accumulator form,commutative valve and com -mutative control system,burner layout,pipe design and furnace body structure were put forward,and some suggestions for optimization operation were pointed out. Key words:regenerative reheating furnace;burning system;optimization designment 收稿日期：2009-09-25；修回日期：2009-10-17 作者简介：杨茂平（1968—），男，高级工程师，主要从事各种冶金 炉窑方面的设计研究及工程管理工作. 工业炉 Industrial Furnace 第32卷第1期2010年1月 Vol.32No.1Jan.2010 22
蓄热式加热炉 一、蓄热式加热炉的分类和特点： 1、分类 蓄热式加热炉按预热介质种类分为如下两种方式：同时预热空气和煤气式和空气单预热方式。 按结构型式来分，则蓄热式加热炉分为烧嘴式和通道式。其中烧嘴式又分为全分散换向和群组换向两种；通道式也可分为单通道和双通道两种方式。 按运料方式来分，蓄热式加热炉分为推钢式和步进式。 全分散换向烧嘴式蓄热式加热炉能够实现单个烧嘴自动控制，与常规加热炉操作类似，能够满足各钢种对炉温的不同要求，实现炉温的灵活控制；群组换向蓄热式加热炉一般将某一段的烧嘴作为一个整体进行集中控制，这种控制方式能够实现各段炉温的灵活控制，也能满足大多数钢种对炉温的不同要求；通道式蓄热式加热炉一般是全通道整体控制，不能实现炉温的灵活调整，只能满足少数钢种（如普碳钢）的加热要求，而不能满足大多数钢种（如合金钢）加热的需求。 2、蓄热式加热炉的优点 蓄热式加热炉有如下优点： ①能将空气、煤气预热到800~1000℃的高温，有利于低热值燃料的利用； ②充分利用烟气余热，节约燃料； ③排烟温度低，氮氧化物含量少，环境污染少； ④每对烧嘴交替燃烧，炉内温度均匀，可提高钢坯加热质量。 二、蓄热式加热炉燃烧系统简介 1、蓄热式加热炉的蓄热体 蓄热式加热炉的蓄热体有两种型式，一种是陶瓷小球，另一种是陶瓷蜂窝体。蜂窝体单位体积的换热面积大，在相同条件下，蜂窝体的传热能力是陶瓷小球的4～5倍。同样换热能力时，蜂窝状蓄热体的体积只需陶瓷小球蓄热体1/3～1/4。采用蜂窝体的烧嘴结构紧凑轻巧。 蜂窝体体内气流通道是直通道，而陶瓷小球蓄热体的通道是迷宫式的，因此蜂窝体的阻力较小，陶瓷小球蓄热体阻力较大，前者仅为后者的1/3左右。 蜂窝体壁薄，仅为0.5～1.2mm，透热深度小，蓄热放热速度快，换向时间仅需40～80秒，换向时间短，被预热介质的平均温度高，热回收效率高。由于换向时间短，因此换热
《钢铁行业蓄热式燃烧技术规范》行业标准编制说明 一工作简况 1任务来源 根据工信部工信厅科[2009]104号“关于印发2009年第一批行业标准制修订计划的通知”中规定，由冶金工业信息标准研究院负责组织制定《钢铁行业蓄热式燃烧技术规范》行业标准。本项是根据国家节能减排精神和钢铁行业结构调研的要求，2009年初由中国钢铁工业协会提出有关蓄热式燃烧技术推广和市场准入的标准项目并提交上级主管部门立项。 2 工作过程 2.1开展的阶段工作 立项批准后，由冶金工业信息标准研究院牵头组织专家走访有关生产、设计、使用、施工等单位，了解国内蓄热式燃烧技术应用情况，同时收集国外有关技术资料及应用情况，并成立了标准起草小组，这些工作都为制定标准打下基础。 2009年元月至2009年6月底开展国内外调研和收集工作； 2009年7月8日召开标准工作组第一次工作会，讨论标准初稿，并确定工作分工； 2009年7月13日发出160多份关于对钢铁行业蓄热式燃烧技术应用情况调查表,现回32份意见. 2009年8月13日在收集整理国内生产应用调查的基础上，召开第二次标准工作组会议，修正并讨论标准稿。 2.2国内外情况调研 从国内外蓄热式燃烧技术发展看，早在1858年出现了蓄热式回收余热装置，1950’S 考贝尔和西门子发明了炼铁炉和炼钢炉的蓄热室，而后广泛应用于热风炉和焦炉等回收烟气余热来预热空气，但由于体积庞大，蓄热体厚，换向时间长，预热温度波动大，热回收率低，无法推广应用。 直到80年代，英国燃气公司（British Gas）开发了蓄热式烧嘴，同时期，在欧洲出现的一种以陶瓷球为载体介体的蓄热式回收废热系统，1984年英国Hotwork和British Gas 公司推出的紧凑型蓄热室，均使得燃烧空气预热温度可以在工业生产条件下，稳定地达到1000℃，称为RCB型烧嘴（Regenerative Ceramic Burner），主要特点是将燃烧器与蓄热室余热回收装置结合一体，介质预热温度比金属换热器高许多。1984年首次应用于Avesta Sheffild公司的不锈钢退火炉，1988年在Rotherham Engineering Steel公司的大方坯步
RTO蓄热式焚烧技术 ■ RTO蓄热式焚烧技术简介 RTO（Regenerative Thermal Oxidizer,简称RTO），又称蓄热式焚烧器。主要包括蓄热室、氧化室、风机等，它通过蓄热室吸收废气氧化时的热量，并用这些热量来预热新进入的废气，从而有效降低废气处理后的热量排放，同时节约了废气氧化升温时的热量损耗，使废气在高温过程中保持着较高的热效率（95%左右），其设备安全可靠、操作简单、维护方便，运行费用低，VOCs去除率高。 RTO工作原理：有机废气首先经过蓄热室预热，然后进入氧化室，加热升温至800℃左右，使废气中的VOCs氧化分解成二氧化碳和水；氧化后的高热气体再通过另一个蓄热室热处理，然后烟气排出RTO系统。这个过程不断循环再生，每一个蓄热室都是在输入废气与排出处理气体的模式间交替转换。切换时间根据实际情况可以调整。 由于废气中含有低浓度恶臭性污染有机物，根据氧化室充分氧化分解，烟气温度达到800℃左右，废气中的有机成分完全氧化分解，接着高温烟气进入另一组蓄热室，与蓄热陶瓷填料进行换热，换热后的烟气通过引风机进喷淋洗涤塔洗涤后进烟囱最终达标排放到大气。 ■ 装置优点 ?操作费用低，超低燃料费。有机废气浓度在2000PPM以上时，RTO装置基本不需添加辅助燃料。 ?净化率高，净化率一般在98%以上。 ?可实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，安全可靠性高。 ?不存在因压力变化产生的脉冲现象。 ?蓄热室内温度均匀分级增加，加强了炉内传热，换热效果更佳，炉膛容积小，降低了设备的造价。 ?采用分级燃烧技术，延缓状燃烧下释出热能；炉内升温匀，烧损低，加热效果好，不存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区，抑制了热力型氮氧化物（NO X）的生成，无二次污染。 ?废气进口设置惰性氧化铝瓷球，对蓄热陶瓷起到保护、缓冲、过滤的作用，延长蓄热陶瓷的使用寿命。 ■ 适用场合
简述蓄热式加热炉控制方法 【摘要】随着经济的发展和社会生产、生活水平的提升，燃烧系统在很多方面都必须获得较大的进步，不能总是停留在基础的层面上。加热炉是热轧系统的重要组成部分，主要是用来加热钢坯或者提高热送钢坯温度，由此来达到其需要的工艺温度，最终将温度控制、废气排放、有效节约能源等工艺进行有效的落实。所以，在燃气加热炉的运转过程中，必须针对燃烧控制方法进行研究，既要在整体上予以良好的控制，又要在经济性方面达到标准。 【关键词】加热炉；蓄热式加热炉；加热炉控制；控制方法 1.概述 常规燃烧加热炉耗能高，蓄热式加热炉采用蓄热式预热，将高温烟（废）气热量存储到蓄热体中加热助燃空气，具有降低燃料消耗，减少NOX及CO2的排放，减少环境污染等??点。为了响应国家节能环保要求，现大部分加热炉均采用蓄热式加热炉。本文将简单叙述某空气单蓄热式加热炉的控制方法。 2.系统构成 该加热炉分为不供热的预热段、加热一段、加热二段和
均热段。共有32个烧嘴，加热一段8个烧嘴、加热二段和均热段各12个烧嘴，采用空气单蓄热技术，炉侧上下供热。空/烟气换向采用快切阀，煤气换向单独采用气动切断阀，上下一对烧嘴共用，全炉共计使用32套空气/烟气快切阀和16套煤气气动快切阀。加热炉每段上下均有热电偶测量炉内温度，烟气温度用安装在快切阀后排烟管道和各段烟气管道上的热电阻测量；在每路段管上设有流量孔板和单独的空气、煤气、烟气流量调节阀；煤气、空气及压缩空气均有压力检测。主要由如下几个系统构成： 1）空气供给系统：助燃风机、空气管道、各种空气阀门等组成。助燃风机供给的冷空气经冷风总管分成3路后分别进入空气换向系统。经蓄热式烧嘴完成热交换后喷入炉内助燃。助燃风机出风口设置蜗杆蝶阀，在冷空气总管上设有压力检测装置，并设有低压报警和自动停风机控制系统。 2）煤气系统：煤气由炉前煤气总管分成3段分别进入加热炉顶段管，再由段管进入烧嘴前的支管。在煤气总管上设有电动金属硬密封蝶阀和电动盲板阀、煤气快速切断阀、气动调节阀（调压），在煤气总管接口前还设置一套水封阀。 3）排烟系统：排烟系统分成独立的二路，一路是蓄热烟气强制排烟系统，另一路是炉尾自然排烟系统，每段排烟管道上均设测温点，每个蓄热烧嘴的排烟管路上均设测温点。
蓄热式燃烧技术目前存在的几点不足 1.前言 目前，我国的资源和环境问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性，主要用于钢铁、冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。至今我们已有了自己的一些专利，并且在国内有了相对广泛的应用，取得了相当的经济效益。 2.关键部件 2.1.蓄热体 蓄热体是高温空气燃烧技术的关键部件，其主要技术指标如下： (1)蓄热能力：单位体积蓄热体的蓄热量要大，这样可减小蓄热室的体积，需要通过材料的比热???来衡量。 ⑵换热速度：材料的导热系数入可以反映固体内部热量传递的快慢，导热系数大可以迅速地将热量由表面传至中心，充分发挥蓄热室的能力；高温时，材料辐射率可表征气体介质与蜂窝体热交换的强弱。 (3)热震稳定性：蓄热体需要在反复加热和冷却的工况下运行， 在巨大温差和高频变换的作用下，很容易脆裂、破碎和变形等，导致气流通道堵塞，压力损失加大，甚至无法继续工作。 (4)抗氧化和腐蚀性：有些材料在一定的温度和气氛下发生氧化和腐蚀，会堵塞气体通道，增加流通阻力。 (5)压力损失：在气体通过蜂窝体通道时，会产生摩擦阻力损失，在流
经两块蜂窝体交界面时因流通面积突变和各个通道之间可能发生交错而产生局部阻力损失；前者对传热有利，后者对传热是不利的，因此应尽力减少局部阻力损失来降低风机的动力消耗。 (6)经济性：它是一个重要的指标，一种蜂窝体如果各种性能都好，但成本很高，推广和应用会受到限制。 2.2.换向阀 由于必须在一定的时间间隔内实现空气、煤气与烟气的频繁切换，换向阀也成为与余热回收率密切相关的关键部件之一。尽管经换热后的烟气温度很低，对换向阀材料无特殊要求，但必须考虑换向阀的工作寿命和可靠性。因为烟气中含有较多的微小粉尘以及频繁动作，势必对部件造成磨损，这些因素应当在选用换向阀时加以考虑。如果出现阀门密封不严、压力损失过大、体积过大、密封材料不易更换、动作速度慢等问题，会影响系统的使用性能和节能效果。 2.3.烧嘴 烧嘴的设计原则是不能让空气和煤气混合得太快，这样容易形成 局部高温，但也不能混合得太慢，防止煤气在蓄热室出现“二次燃烧” 甚至燃烧不充分。为了保证燃料在低氧气氛中燃烧，必须在设计其供给通道时，考虑燃料和空气在空间的扩散、与炉内烟气的混合和射流的角度及深度，而这些参数应根据加热装置尺寸、加热工艺要求、燃料种类、烧嘴大小、预热温度和空煤气压力等因素来确定。 蓄热式燃烧技术又被称为“高温稀薄燃烧”技术。实现这种低氧燃烧的有效途径之一是：合理的布置烧嘴的位置和数量以及各个燃烧单元的相对位置关系和换向方式，有效地组织炉膛内气流的流动，依靠预热后空气和煤气射流的高速卷吸，使炉内产生大量烟气回流。一般来说，射流的速度越大，炉内的卷吸和回流作用越强烈，就越有利于实现低氧的气氛，而这种相对很低的煤气和氧气浓度降低了平均燃烧速度，拓展了燃烧边界，形成了均匀的温度场，并降低了NOx 的排放。
蓄热式直接燃烧废气处理及供热方案 第一章主要参数及计算 1、1、基本参数 铝箔厚度:0、17～0、48mm 宽度:1600mm 线速度:22-36m/min 底漆烘箱长度:26m 加热段:3段 温度点:190℃、190℃、100℃ 循环风机:3台、5、5kw 面漆烘箱长度:37m 加热段:4段 温度点:120℃、246℃、250℃、100℃ 循环风机:3台、5、5kw 干膜:8～14μ 干湿膜比:1:45% 1、2、溶剂量计算 1、计算条件:1:线速度:30m/min 2:板材宽度:1600 3:涂层厚度:干膜8-14μ 4:干湿膜比:1:45% 5:湿膜:18~31、5 根据涂料干、湿体积比例确定可挥发溶剂量, 则可挥发溶剂量体积为:1-45%=55% 2、板宽为1600时每小时溶剂用量计算 干膜:8μ时,湿膜:20μ 总涂料量(湿膜)每小时体积: 1、6×30m/min×60min×20÷106=0、0576m3/h 总溶剂量每小时体积: 0、0576m3/h×55%=0、03168 m3/h 总溶剂量每小时质量:(按0、85计算) 0、03168 m3/h×0、85=0、024T/h=27、9kg/h 3、若干膜厚度为14μ则总溶剂量为:48、8kg/h 1、3、固化烘箱所需排风量计算 按烘箱开口面积计算; 开口面积:开口高300×宽2000×2=1、2m2 按2m/s计算:2×1、2×3600=8640m3/h 按废气浓度计算: 按最多溶剂量:48、8kg/h÷0、008=6100 m3/h 按循环风量计算 烘箱体积:37×1、9×1、4=98m3
换气次数:20次/每分钟 总循环风量:117600m3/h 排风量:11760m3/h 取:10000m3/h 底漆、面漆箔铝线废气设备处理量为20000m3/h 1、4、固化烘箱能耗计算 δ:0、48,W=1600考核 烘箱尺寸:长37000,宽1900,高1400 最高炉温:280℃,炉温保证带温250℃。 (1):烘箱空气从20℃升温到280℃所需热量 98×0、31×260=7899kcal (2):正常运行所需热量 A:烘箱散热:(环境温度20℃),12400kcal/h B:板材带走热量(估算从60℃加热到250℃):148926kcal/h C:溶剂汽化热(按甲苯94、3cal/g):3961kcal/h D: 废气排放热量:(室温20℃、排气温度:140℃计算)372000kcal/h 正常运行时总能耗:537287kcal/h 设定供热量:550,000kcal/h 供热换热器换热能力:1,100,000kcal/h 1、5、浓度估算 最小浓度: 计算条件以底漆为例 处理风量:10000m3/h 溶剂量:27、9kg/h 则浓度:2790mg/m3 最高浓度: 计算条件以底漆为例 处理风量:10000m3/h 溶剂量:48、8kg/h 则浓度:4800mg/m3 第二章设计依据、规范与排放标准2、1设计依据 1、《中华人民共与国大气污染防治法》 2、《中华人民共与国计量法实施细则》 3、《中华人民共与国环境噪声污染防治法》