高效蓄热式燃烧的原理及优点

烧技术又称高风温无焰燃烧技术(简称高效蓄热式技术),是火焰炉节能技术方面具有革命性意义的技术，受到燃烧工程的重视。火焰炉节能技术的极限是实现烟气热量“零”排放，因此蓄热式燃烧技术不仅从理论上提供了可能而且从实践上已经看到了其现实的前景。

从节能的角度考虑问题，蓄热式燃烧是火焰炉节能技术最后的手段。随着市场竞争程度的不断加剧，企业对提高质量的要求和降低成本的要求也越来越高。利用高效蓄热式技术可使炉内温度达到一定温度所需要的时间，温度的均匀性等加热指标均优于传统燃烧技术，空气过剩系数降低，因此对提高工序产品质量和成品率。降低钢的烧损率和耐火材料的消耗。降低工序能耗都大有好处；同时，由于排烟温度低于150℃，环境得到很好的改善。

HTAC技术的基本原理如图1所示。

      从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器B后，在经过蓄热式燃烧器B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉内温度(一般比炉温低50〜100℃),被加热的高温空气进入炉膛后，卷吸周围烟气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)，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另一个蓄热式燃烧器A排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式  燃烧器A时，将显热储存在蓄热式燃烧器A内，然后以低于150℃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，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低NOx排放量等目的，常用的换向周期为30  ～ 200s。HTAC技术可广泛应用于钢铁、有色、石油化工、机械、建材、锅炉、垃圾焚烧等行业的热工设备上。高温空气燃烧技术的主要特征有：

     早在19世纪时，蓄热式切换燃烧法即被广泛应用于玻璃熔融炉及金属熔融炉，以便达到热能回收的效果。此种燃烧法是利用一对由燃烧器及蓄热体组合的加热单元交互切换运转。当其中一组燃烧器使用经过蓄热体预先加热的高温空气进行高温燃烧时，另一组燃烧器则作为高温烟气的排气通道，使高温烟气经过蓄热体，由蓄热体回收热能，而后利用此热能对空气进行预热。高效蓄热式燃烧技术是在原蓄热式切换燃烧法的基础上，将蓄热体小型化(比表面积由5m2/m3到1300m2/m3)和切换的高頻化(由30～60min到15s)而集成的新型燃烧技术，由于蓄热体的小型化使蓄热式切换法的应用范围急剧扩大，几乎涵盖所有火焰加热炉。

高效蓄热式技术是20世纪80年代英国HOTWORK公司和英国煤气公司合作首次开发的，当时称为RCB型烧嘴。HTAC技术是日本学者田中良一等人于80  年代末提出的一种全新概念燃烧技术，它把回收烟气余热与高效燃烧及降低NOx排放等技术有机地结合起来，从而实现极限节能和极限降低NOx排放量的双重目的。

1993年后，由于日本在耐高温的蓄热材料的突破，同时配合燃烧高速切换控制技术的提高，以及低NOx燃烧技术的应用，使高效蓄热式燃烧技术在节省能源，抑制排气污染方面具有相当大的成效，因而日本、美国、英国及意大利等先进国家均积极将此技术实际应用于其加热装置上，以期增加产业竞争力并符合日趋严格的环保标准。

高温空气燃烧技术在日本、美国等国家简称为HTAC技术， 在西欧一些国家简称为  HPAC技术，亦称为无焰燃烧技术。其基本思想是让燃料在高温低氧浓度(体积)气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施：一项是采用温度效率高达95%,热回收率达  80%以上的蓄热式换热装置，极大限度回收燃烧产物中的显热，用于预热助燃空气，获得温度称为环境协调型燃烧技术。

在高温贫氧条件下形成的火焰特性与传统燃烧火焰迥然不同。后者是静态火焰并有局部炽热点;前者则产生于在均匀高温  的反应，具有如下特点：不具有静态的火焰.体积显著直至成倍增加(甚至可扩大到整个燃烧空间)，亮度辐射减少，常见的白炽火焰区消失，故称为800～1000℃,甚至更高的高温助燃空气。另一项是采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为15%～3%  (体积分数)的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰。 它具有高效节能和超低NOx排放等多种优点，火焰呈现多种颜色，有时肉眼观测不出，温度梯度和密度都很小、峰值火焰温度下降，散热分布均匀，整个炉内温度分布均匀。这一特性将有效地减少NOx排放。燃烧时噪声较低。

高温空气燃烧技术自问世起，立刻受到了日本、美国、瑞典、荷兰、英国、德国、意大利等发达国家的高度重视，其在加热工业中的应用得到迅速推广，取得了举世瞩目的节能环保效益。