蓄熱式燒嘴工作原理

一套蓄熱式燒嘴系統(tǒng)至少包括兩個(gè)燒嘴，兩個(gè)蓄熱器，一個(gè)熱能回收系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制裝置。燒嘴和蓄熱器可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況直接連接在一起或選擇用耐火材料澆注的管道連接在一起。

當(dāng)一個(gè)燒嘴利用蓄熱器里的熱空氣進(jìn)行燃燒時(shí)，另一個(gè)燒嘴起到一個(gè)排煙口的功能，利用抽煙風(fēng)機(jī)抽出爐子里的熱空氣通過燒嘴到蓄熱器里進(jìn)行蓄熱。當(dāng)熱量蓄足后，蝶閥動(dòng)作，轉(zhuǎn)換兩個(gè)燒嘴的功能。每當(dāng)一個(gè)燒嘴在燃燒時(shí)，則另一個(gè)在幫助蓄熱器蓄熱。在熱交換中，管道中的廢氣溫度通常在150-200℃，因而不管是蝶閥還是抽煙風(fēng)機(jī)均能長(zhǎng)期安全可靠的工作。

正確地安裝和選用蓄熱式燒嘴可成功地節(jié)省能源70%，提高燃燒效率90%

RCB是由耐高溫的全陶瓷燒嘴和蓄熱式陶瓷換熱器兩大部分構(gòu)成。將換熱系統(tǒng)與燒嘴相連后并安裝在爐窯側(cè)壁上，再通過換向滑閥，成對(duì)操作。

20世紀(jì)80年代初由英國(guó)的Hot Work公司和英國(guó)煤氣公司合作開發(fā)，并稱為RCB(Regeneratice Ceramics Burner）型的燒嘴。當(dāng)時(shí)這種蓄熱式燒嘴不能達(dá)到應(yīng)用等級(jí)。

20世紀(jì)90年代初始，蓄熱式余熱回收技術(shù)得到了快速發(fā)展：在蓄熱體材質(zhì)、構(gòu)造、蓄熱性能等方面都得到了許多改進(jìn)；單位體積的傳熱面積由過去的10-40m2/m3提高到200-1300 m2/m3，因而體積顯著減小；換向閥和控制系統(tǒng)可靠性也得到改善，換向時(shí)間由過去的30min左右縮短至幾分或幾十秒鐘，熱效率大幅提高至80%一90%左右，助燃空氣預(yù)熱溫度大幅提高至1000℃以上，而排出的煙氣溫度可降低至200℃以下，接近煙氣的露點(diǎn)溫度。

90年代末期該技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用，蓄熱式燒嘴的應(yīng)用也越來越多。

蓄熱式燃燒方式是一種古老的形式，很早就在平爐和高爐上應(yīng)用。而蓄熱式燒嘴則最早是由英國(guó)的Hot Work與British Gas公司合作，于上世紀(jì)八十年代初研制成功的。當(dāng)初應(yīng)用在小型玻璃熔窯上，被稱為RCB型燒嘴，英文名稱為Regenerative Ceramic Burner。由于它能夠使煙氣余熱利用達(dá)到接近極限水平，節(jié)能效益巨大，因此在美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家得以廣泛推廣應(yīng)用 。

1984年英國(guó)的Avesta Sheffild公司用于不銹鋼退火爐加熱段的一側(cè)爐墻上，裝了9對(duì)，其效果是產(chǎn)量由30t/h增加到45t/h，單耗為1.05GJ/t。雖然是單側(cè)供熱，帶鋼溫度差僅為±5℃。

1988年英國(guó)的Rotherham Engineering Steels公司在產(chǎn)量175 t/h的大方坯步進(jìn)梁式爐上裝了32對(duì)RCB燒嘴，取代了原來的全部燒嘴，600℃熱裝時(shí)單耗0.7GJ/t，爐內(nèi)溫度差±5℃。

日本從1985年開始了蓄熱燃燒技術(shù)的研究。他們沒有以陶瓷小球作蓄熱體，而是采用了壓力損失小、比表面積比小球大4—5倍的陶瓷蜂窩體，減少了蓄熱體的體積和重量。

1993年，日本東京煤氣公司在引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)后作了改進(jìn)，將蓄熱器和燒嘴組成一體并采用兩階段燃燒以降低NOx值，其生產(chǎn)的蓄熱式燒嘴稱FDI型。開始用于步進(jìn)梁式爐，鍛造爐，罩式爐以及鋼包烘烤器等工業(yè)爐上。

日本NKK公司于1996年在230t/h熱軋板坯加熱爐(福山廠)上全面采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，使用的是以高效蜂窩狀陶瓷體作蓄熱體的熱回收裝置和噴出裝置一體化的緊湊型蓄熱式燒嘴，燒嘴每30s切換一次。投產(chǎn)后，爐內(nèi)氧濃度降低、 NOx大幅度減少，爐內(nèi)溫度均勻，效率提高。

在中國(guó),早期的蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵冶金行業(yè)中的煉鋼平爐和初軋均熱爐上。然而，由于當(dāng)時(shí)所采用的蓄熱體單位比表面積小，蓄熱室結(jié)構(gòu)龐大，換向閥安全性能差、造價(jià)高，高溫火焰溫度集中，技術(shù)復(fù)雜等諸多原因，導(dǎo)致了其難以在其他加熱爐和熱處理爐上使用。

80年代后期，我國(guó)開始了陶瓷小球蓄熱體蓄熱式燃燒技術(shù)的研究和應(yīng)用。當(dāng)時(shí)，結(jié)合我國(guó)廣泛使用低熱值燃料，特別是大量高爐煤氣被放散的實(shí)際情況，我國(guó)的熱工研究者開發(fā)出了適合我國(guó)國(guó)情的獨(dú)具特色的蓄熱式高溫燃燒技術(shù)軟硬件系統(tǒng)，并逐步應(yīng)用于均熱爐、車底式退火爐、加熱爐等各種工業(yè)爐窯上。

此后，蓄熱式換熱技術(shù)遠(yuǎn)離了軋鋼系統(tǒng)的加熱爐。蓄熱式換熱技術(shù)，屬不穩(wěn)態(tài)傳熱，利用耐火材料作載體，交替地被廢氣熱量加熱。再將蓄熱體蓄存的熱量加熱空氣或煤氣，使空氣和煤氣獲得高溫預(yù)熱，達(dá)到廢熱回收的效能。由于蓄熱體是周期性地加熱、放熱，為了保證爐膛加熱的連續(xù)性，蓄熱體必須成對(duì)設(shè)置。

同時(shí)，要有換向裝置完成蓄熱體交替加熱、放熱。到了二十世紀(jì)八十年代，解決了蓄熱體的小型化和換向時(shí)間縮短到以分秒計(jì)，才使這項(xiàng)古老的換熱技術(shù)得以在軋鋼系統(tǒng)的連續(xù)式加熱爐（含步進(jìn)式加熱爐）上重現(xiàn)廢熱回收的優(yōu)勢(shì)，即將空、煤氣雙預(yù)熱到1000℃左右，排出廢氣溫度在150℃以下，使廢熱回收率達(dá)到極限值。并且，出現(xiàn)研究高溫空氣燃燒理論與實(shí)踐的新領(lǐng)域。

近些年首先由鞍山研究院從國(guó)外引進(jìn)，并向全國(guó)推廣。

為了提高輻射管的熱效率，最直接的辦法就是增加輻射管的長(zhǎng)度，提高煙氣在輻射管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間，使煙氣與輻射管充分進(jìn)行熱交換。但是輻射管長(zhǎng)度過大就會(huì)帶來強(qiáng)度、剛度以及制造安裝方面的問題，影響輻射管的使用壽命。后來又不斷改進(jìn)燒嘴的結(jié)構(gòu)，使燃?xì)馀c助燃空氣充分混合后充分燃燒，進(jìn)而提高輻射管的熱效率。

20 世紀(jì)70 年代以后，出現(xiàn)了蓄熱式燃燒技術(shù)，發(fā)明了蓄熱式燒嘴，用來回收煙氣余熱，大大減少了能源的浪費(fèi)。20 世紀(jì)90 年代初，蓄熱式燃燒技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，換向閥和控制系統(tǒng)的可靠性也得到改善，熱效率大幅提高至70%～ 90%。蓄熱式燃燒技術(shù)的工作原理: 助燃空氣經(jīng)過四通換向閥由助燃空氣通道進(jìn)入A 燒嘴，經(jīng)A 燒嘴的蓄熱體加熱后與煤氣混合在輻射管內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)輻射管后進(jìn)入燒嘴B，加熱燒嘴B 內(nèi)的蓄熱體后由煙道排出。經(jīng)過一段設(shè)定的時(shí)間后通過四通換向閥與煤氣換向閥改變助燃空氣與煤氣的流向，助燃空氣經(jīng)過四通換向閥由助燃空氣通道進(jìn)入B 燒嘴，經(jīng)過B 燒嘴內(nèi)的蓄熱體加熱后與煤氣混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過A 燒嘴由煙道排出，在經(jīng)過A 燒嘴的同時(shí)加熱A 燒嘴內(nèi)的蓄熱體。冷空氣和高溫?zé)煔馊绱私惶娴牧鹘?jīng)A、B 燒嘴的蓄熱體，通過蓄熱體交換熱量。

蓄熱式燃燒技術(shù)可以將排出的煙氣溫度降低至200 ℃以下，大大提高了輻射管的熱效率。這一提高熱效率的過程勾勒出輻射管向超系統(tǒng)進(jìn)化的技術(shù)發(fā)展路線:

向超系統(tǒng)的進(jìn)化路線--當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)自身發(fā)展到極限時(shí)，它向著變成一個(gè)超系統(tǒng)的子系統(tǒng)方向進(jìn)化，通過這種進(jìn)化，原系統(tǒng)升級(jí)到一種更高的水平，其中的一條進(jìn)化路線為: 單系統(tǒng)→雙系統(tǒng)→多系統(tǒng)。按照這條路線描述提高輻射管加熱效率的進(jìn)化過程: 系統(tǒng)正處于進(jìn)化的最后階段 。

國(guó)內(nèi)的鋼包烘烤經(jīng)歷了從僅用一支煤氣管至使用普通燒嘴、高速燒嘴、熱風(fēng)燒嘴、自身預(yù)熱式燒嘴、蓄熱式燒嘴的一系列發(fā)展過程。

50～60年代國(guó)內(nèi)興建的煉鋼廠中，大多數(shù)都沒有鋼包烘烤設(shè)備或僅用一支煤氣管插入鋼包內(nèi)進(jìn)行烘烤。由于鋼包烘烤的溫度低，要求出鋼溫度高，爐子的爐齡低，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，限制了鋼的產(chǎn)量，并使成本增加。

“七五”期間，冶金部提出推廣鋼包烘烤的新裝置、新技術(shù)，使我國(guó)鋼包烘烤水平提高許多，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)改變了過去只用燃?xì)獠慌滹L(fēng)的烘烤工藝，相應(yīng)出現(xiàn)燃?xì)?、燃油的鋼包烘烤裝置。其燒嘴型式有引射式燒嘴及套管式燒嘴，并在鋼包上加上鋼包蓋，以減少熱量損失。由于燒嘴的火焰動(dòng)能較小，鋼包的溫度分布不均勻，烘烤時(shí)間長(zhǎng)，燃料消耗較大。

高速燒嘴是近代熱工技術(shù)取得突破性進(jìn)展的新技術(shù)之一。其特點(diǎn)是燃燒氣體出口速度可達(dá)100～300m/s。在加熱物件時(shí)，不論在加熱速度方面，還是在加熱均勻性方面，其加熱效果都大大超過普通燒嘴。由于高速燒嘴出口速度高，燒嘴的耐火材料消耗大，使用壽命低，一般煉鋼廠鋼包烘烤設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，不適合安裝精密的控制設(shè)備。因此,鞍山熱能研究院設(shè)備研制廠研制開發(fā)出用于鋼包烘烤的簡(jiǎn)易高速燒嘴，基本上保持了高速燒嘴的氣流速度大，加熱升溫快，鋼包溫度分布均勻的特點(diǎn)。隨后又開發(fā)出富氧燒嘴、油氣兩用燒嘴，以滿足只有高爐煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣，煤氣熱值低或煤氣量不足的煉鋼廠的需要。

為進(jìn)一步降低能耗，用煙氣對(duì)空氣或煤氣進(jìn)行預(yù)熱的鋼包烘烤裝置應(yīng)運(yùn)而生，其結(jié)構(gòu)型式有兩種：一種是燒嘴與換熱器分離式，另一種是自身預(yù)熱式燒嘴。由于對(duì)空氣或煤氣進(jìn)行預(yù)熱，提高了火焰的理論燃燒溫度，可降低燃料的消耗，并保持了高速燒嘴的火焰動(dòng)能大，加熱均勻的特點(diǎn)。蓄熱式鋼包烘烤器正越來越多地被采用。

為充分發(fā)揮鋼包烘烤燒嘴的作用，對(duì)鋼包蓋的設(shè)計(jì)選材也不容忽視，鞍山熱能研究院設(shè)備研制廠設(shè)計(jì)的鋼水包蓋，內(nèi)部采用陶瓷纖維氈，外面采用多晶莫來石作絕熱層，降低了鋼包蓋的蓄熱量，減少了熱量的損失，同時(shí)減輕了鋼包蓋的重量，延長(zhǎng)了鋼包蓋的使用壽命。2100433B