探讨高温空气燃烧技术在冶金炉窑上的应用及发展

探讨高温空气燃烧技术在冶金炉窑上的应用及发展

张勇福

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心510555

摘要：伴随着社会经济的飞速发展，冶金技术逐渐发展，人们提高了对金属制品的要求，对此，我们需按照持续发展的理念进行生产技术的有效完善。高温空气燃烧技术属于新兴燃烧技术，已在冶金炉窑工业中广泛的使用。本文主要分析冶金炉窑中高温空气燃烧技术的具体应用。

关键词：冶金炉窑工业；高温空气；燃烧技术；应用；发展

引言

对于传统的冶金行业来说，在日常生产中，主要的生产能源都来自于化石燃料，在排放的气体中，包含了很多物质，常见的有CO、CO2、SO2，还有一些不能完全燃烧的物质，在排放的气体中，烟尘含量也比较多，严重降低了空气质量，极易增加空气当中的PM2.5颗粒，甲烷与二氧化碳等排放在温室中的气体极易发生温室效应，在CO2、SO2等诸多酸性气体的作用下，很容易提升雨水的酸性，进而产生酸雨。经过高温燃烧新技术的应用，可以让化石燃料得到充分燃烧，减少有害气体的排放量，在很大程度上，有助于缓解资源短缺问题，还能够减少大气污染。

1.高温空气燃烧技术的概述

1.1工作原理

该项技术能在低氧浓度条件下实现一些燃料的充分燃烧，在冶金炉窑中发挥着巨大作用，并且，经过采温蓄热换热装备还可以提升热量的回收利用率，实现化石燃料燃烧热量的循环利用，适用于助燃气体预热，进而有效地降低能源消耗。在技术方面，助燃剂和燃料经科学配比，在高流速气流的作用下，可以在冶金炉窑中充分结合和混合，进一步降低燃烧室中对含氧浓度的需求。在实际操作的时候，应该积极建设低氧、高温的燃烧环境，经过这样方式，可充分释放化石燃料的燃烧热能，保证冶金各环节中供热的均匀性、连续性。

1.2系统构造

基于该技术的系统结构主要包括：两组蓄热结构、燃烧室四通阀，以及蓄热燃烧器。依据具体应用状况合理地选取与分布蓄热燃烧器，较为常见的布置包括集中与对称布置。蓄热燃烧器工作时，可以将热量均匀地传递出去，进而实现快速供热的目标；通过四通阀的换向，实现蓄热燃烧器进风和排烟的轮次工作，基于此，可以实现排烟的余热回收，储存于蓄热燃烧器中。在上述燃烧工作过程中，烟气热量可以被充分吸收，并用来对空气进行预热，合理管控降低燃烧室内部的气温和助燃空气间温度存在的偏差，降低冶金生产中化石燃料的不必要耗费。

1.3应用优势

与传统的供热技术相比较，该项技术可以充分回收热量，在助燃空气的有效切换下，燃烧气体可以高效回收、利用，可促进使用化石燃料率最大化降低，进而达成节省能源的目标，在确保冶金具体的生产环节中，在冶金炉窑中，经过相关设施的设置，能够提升冶金的生产效率，酸性气体的排放量也会也会得到限制降低，充分符合了绿色节能减排的要求，进而提升冶金工业的整体生产质量。

2.高温空气燃烧技术的特点

2.1结构紧凑

高温空气燃烧技术的核心在于蓄热式高效陶瓷系统，经过有效地高效陶瓷蓄热结构、炉体、蓄热体科学建设，在根本上可以增强供热能力。蓄热燃烧器将燃烧器和余热回收系统集成为一体，设备得到极大的简化，可以有效控制该技术的占地面积，降低建设时的固定投资。目前，经过优化陈旧的冶金炼炉设备，能够有效控制初期的建设成本。

2.2供热灵活性、稳定性及均匀性

在日常生产中，经过对该技术体系的合理优化，有利于提高炉膛内温度分布的均匀性，还能将炉内温度差控制在＜5℃范围内。在实际加热环节中，加热过程创造的低氧高温环境能够使加热质量以及加热速度进一步提升，还能减低生产中氧化引起的金属钢胚损坏，进而提高了钢坯质量，降低了原料消耗。经过温度的合理控制，可以让炉膛之内的温度更加匀称，能够适应不同的加热要求。

2.3系统布局的合理构建

在实际构建高温空气燃烧技术体系的过程中，能够实现体积较小、构造紧凑的布局，同时，可依据具体生产要求安排烧嘴的数量和位置；另外，通过控制烧嘴的开闭、流量、开度等参数可以获得多种助燃气体和燃气的交互方式，形成多种燃烧加热模式，提高了对待加热材料所需加热方式的适应性。

2.4扩大工业炉燃料的范围

该项燃烧技术体系适应多种燃料，常见的固液气类燃料在该系统中均表现出良好的适应性。同时，各国也加大了研发力度，对其所用燃料的形式、参数进行开发，尤其是针对待加热物料有针对性地配比不同燃料和助燃剂；另外，系统低氧的特点，可以加强对大量废弃气体的利用，还可以通过对燃烧物的合理萃取达到合理利用各类可燃生物物质以及废物物质。当然，不同形态的燃料具有不同要求的使用状态，比如固态燃料，在实际应用时需要保持较高的温度，以缩短燃烧初段的时间，提升燃烧率。

2.5适用于多类工业生产需求

对于该项技术进行实际应用的时候，应该按照冶金炉窑的实际生产需求，充分满足生产工艺的温度需求以及冶炼需求，在实际应用的范围中，可以适应诸多的金属的冶炼，并且，在各种生产工业中使用，如化工生产、加工金属等。

3.高温空气燃烧技术的发展

国内外冶金炉窑工业的节能技术发展主要有两个阶段，即不利用废热与开始利用废热。早期加热炉的废热是不可利用的，炉尾烟气带走了大量热量，热量利用率低于30%。自60年代开始，国内外开始在烟道上设置一种回收烟气的装备-空气换热器（空气预热器），以此对炉尾烟气的热量进行回收。选用此类方式能够使烟气温度有所降低，提升进入炉膛内助燃气体的温度，以此能够达到相应的节能目的，但是仍具有以下几个问题：

（1）空气预热器只能对有限的热量进行回收，通常炉子的热效果约为50%或以下；

（2）通常空气预热设备选用陶瓷材料与金属材料，金属材料的使用周期较短，陶瓷材料设备巨大，维修工作很难；

（3）基于燃烧设备的角度而言，助燃空气提高温度后，火焰区域的面积逐渐变小，火焰中心温度会逐渐增高，炉膛内局部存在高温区，如此对工业炉来讲，极易让加热钢坯的局部过热，这对工业炉局部炉膛的耐火材料与炉内金属部件寿命无疑有严重的影响；

（4）助燃空气温度提高会造成火焰的温度随之增高，还会最大化增加氮氧化合物的排放量，甚至达到103ppm或以上，这对大气环境无疑是严重的损害。

结语

综上所述，随着科技的发展，国内外很多加热炉工业都在广泛的使用高温空气燃烧技术，在具体的燃烧流程低氧高温的基础上进行，不仅含有的NOx与CO2排放烟气体积不多，并且排放的浓度也有所下降，总体排放量呈大幅度降低的趋势，回收烟气中显热之后，会大幅度降低排烟温度（＜150摄氏度），使热污染降低，并对低热值燃料进行有效地运用，减少大气污染。

参考文献：

[1]贾方晶.天然气催化燃烧炉窑辐射特性及其烟气应用研究[D].北京建筑大学，2017.

[2]仪垂文.高温空气燃烧技术在冶金炉窑上的应用[J].中国高新技术企业，2015（23）：47-48.

[3]李坦.SCR法脱硝与蓄热式燃烧技术一体化应用中活性温度域特性研究[D].华中科技大学，2013.

[4]王连勇.煤高温空气无焦油气化实验研究[D].东北大学，2009.

[5]徐莹.高温空气燃烧技术在冶金炉窑上的应用及发展[J].武汉工程职业技术学院学报，2004（02）：16-18+22.

[6]吴光亮，朱荣，李士琦，郭汉杰，杨湘，王振宙.高温低氧空气燃烧（HTAC）技术在我国冶金炉窑中的应用[J].工业加热，2002（04）：6-10.