蓄热式高温空气燃烧技术的历史沿革

工业炉窑是热加工生产的主要设备之一，也是能源消耗大户。多年来，工程技术人员一直在改进炉体结构、燃烧器、回收烟气余热、优化加热工艺、控制技术和管理及采用新型保温材料等方面寻求各种节能措施，以提高炉子的热效率。从炉窑的热平衡分析可以得知：高温烟气带走的热量占各种燃料炉供给总热量的30—50％。因此，如何利用好这部分热量是工业炉节能降耗的关键技术之一。

依据烟气余热开发利用的程度，工业炉窑节能技术的发展大致经历了以下几个阶段：即烟气余热不利用阶段、采用换热器回收烟气余热阶段、采用传统蓄热室回收烟气余热阶段和采用高温空气燃烧技术回收烟气余热阶段等。

从20世纪六七十年代开始，采用集中式的余热回收方式进行烟气余热回收。即将工业炉产生的烟气引入集中烟道，利用烟气余热来预热空气或煤气，将一部分热量带回炉膛。该技术与烟气预热不回收相比大大提高了炉子的热效率，一般而言，预热空气温度每提高1000C，可使理论燃烧温度提高50。C左右，节能3％。5％。该技术主要采用换热器来进行烟气余热的回收，由于受到换热器的材质、抗热抗蚀能力和系统漏损等的限制，空气预热温度一般不会超过600℃，因而不可能进行充分的烟气余热回收旧，炉子的热效率一般在50％以下。

蓄热式烟气余热回收技术起源于19世纪，当时采用的蓄热室是用异型耐火砖砌成的砖格子，炉内排出的废气先自上而下通过时将砖子砖加热，经过一段时间后，利用换向设备关闭废气通道，使冷空气(或煤气)由相反的方向自下而上通过格子砖，格子砖把积蓄的热量传给冷空气(或煤气)，从而达到预热的目的。一个炉子至少应有一对蓄热室同时工作，一个在加热，另一个在冷却，如果空气和煤气都进行预热，则必须有两对蓄热室。采用该技术虽然可以进行较大限度地回收烟气余热，达到节能降耗的目的，但由于采用砖格子作蓄热体，单位体积的传热面积小，体积庞大，综合传热系数低，换向时间长，单位时间蓄热体的利用率低，预热温度波动较大，投资高。所有这些造成了该技术停滞不前的局面，目前只有少数蓄热式均热炉、大型锻造炉和个别敞焰无氧化炉上在应用。

进入20世纪80年代，英国的HotWork Develop—ment公司和英国燃气公司(British Gas)联合开发了一种再生燃烧器(高速切换型燃烧器)，用于小型玻璃熔化炉中，节能效果十分显著。其后，这种燃烧器被广泛应用于英国和美国的钢铁和铝工业中。可使燃烧空气预热温度在实际工业生产条件下，由600℃增加到1000℃以上，这是当时工业炉窑余热回收领域的一项重大技术进步，其它国家也相继开发和采用这项技术，应用对象涉及玻璃熔化、铝熔化、钢坯加热、垃圾焚烧等各种工业炉窑。这种早期开发的高温空气条件下的燃烧技术一般被称之为“第一代再生燃烧技术。

这种早期开发的高温空气燃烧技术虽然大大提高了余热利用率，但也带来了诸如：预热风温比炉温低200℃左右，仍不能实现所谓的“极限余热回收”；局部高温使高温预热空气燃烧下产生大量Nox气体，NOx是形成酸雨的主要原因，对人体和植物有很大危害等问题。

真正意义上的“高温空气燃烧技术”是在进入20世纪90年代以后，在原有的高效节能技术的基础上，通过实现低NOx排放而发展起来的，即将节能和环保结合起来。该技术的核心是快速切换型蓄热式高温空气燃烧技术。日本NKK公司和日本工业炉公司于1985年就开始进行了该技术的基础研发，合作研制以压力损失小，比表面积大的蜂窝体为蓄热材料，并提出了降低空气含氧量后进行燃料燃烧的新概念，于90年代初开发出同时实现极限余热回收和低NOx燃烧的蓄热式烧嘴，并因此提出了与传统燃烧方式机理完全不同的高温低氧燃烧技术，从而开创了针对燃用清洁或较清洁的气体和液体燃料的工业炉窑和工业锅炉开发应用高温空气燃烧技术的新时代。使用这种蓄热式烧嘴的燃烧技术被称之为“第二代再生燃烧技术”。日本一些大钢铁公司将该技术应用在大型轧钢加热炉上，普遍收到了节能30％，产量提高20％以上的效果。

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