工业炉燃烧技术的创新

石少华

（南京净环热冶金工程有限公司，江苏 南京 210016）

在工业生产过程中所用到的工业炉，主要可以分为熔炼铸造以及热处理两个类型，其中熔炼铸造工业炉主要是进行提炼以及熔炼铸造，而热处理工业炉主要是对定配进行前期的加热和热处理。在工业炉运作的过程中，所用到的燃料大多数都是天然气或者是城市天然气，为了能够助燃需要向工业炉内部通入空气，但空气中主要组成成分为氮气和氧气，氮气占到78%，氧气只有21%。在燃烧过程中，氮气不助燃还会影响到加热速度。所以工业炉燃烧技术创新就是在此背景下出现的。

1 低温纯氧燃烧技术

1.1 低温纯氧燃烧技术的优点

与传统的工业炉燃烧技术相比较，低温纯氧燃烧技术所拥有的特点主要如下。第一，燃烧过程中助燃气体没有氮气；第二，在烟气排放过程中，也没有氮气对热量进行夹带；第三，辐射传热的效率大大增加；第四，烟气在工业炉内部的停留时间大大增加，所以传热效果更好；第五，助燃气体中没有氮气，所以所造成的环境污染也很小；第六，同大气助燃相比，纯氧助燃效率为77%，高出大气助燃效率54%。

1.2 低温纯氧燃烧火焰的优点

低温纯氧燃烧技术进行研发的目的，就是为了能够改变传统工业炉燃烧过程中融化能力差以及效率低的弱点，所以在低温纯氧燃烧技术使用过程中，低温纯氧燃烧器及火焰所拥有的特点，是传统的工业炉燃烧器所不能够比拟的。低温纯氧燃烧器能够将工业炉内部的烟气进行卷吸，然后将这些卷吸的工业炉内的烟气送入燃烧器混合区。这些烟气能够在很大程度上使燃烧器烧嘴前部的氧气浓度降低，同时还可以使燃烧过程中的反应速率减慢，所以火焰的温度较低，能够和空气燃料燃烧所产生的火焰温度接近。由低温纯氧燃烧器所产生的火焰，能够使工业炉内部的温度变得更加均匀，避免工业炉内部出现局部热斑，同时燃料的燃烧效率增加且消耗降低，烟气排放过程中有害气体排放数量降低，大大提升了金属的收得率。低温纯氧燃烧和空气助燃相比较之后，能够发现在空气助燃过程中燃烧器工作时，使用的功率为311kW。对于工作中的容器温度进行测试，其温度在1131℃左右。低温纯氧燃烧过程中，最为有效的火焰形态就是无焰燃烧。而无焰燃烧所带来的环保优势也是最大的，第一能够使烟气排放物中的氮氧化合物比例降低。第二，在出现空气泄漏时，无焰燃烧不会受到大程度的影响，氮氧化物的生成量不会出现非常显著的变化。

2 蓄热式燃烧技术

2.1 蓄热式燃烧技术发展

蓄热式燃烧技术，是在上个世纪90年代初开始推广并且普及的，在吸热的材质以及构造和性能等方面不断进行了改进，在单位面积上的传热效率已经提升了数百倍，所以蓄热体的材质面积大大减小。同时蓄热式燃烧技术实现过程中的换向以及控制系统，其可靠性也大大提升，在过去换向时间是30min，已经逐渐缩短到几分钟，甚至是几十秒钟之内，热效率提升了80%~90%。在蓄热式燃烧技术中预热温度能够提升到1000℃以上，较传统的预热温度有了很大的提升，所以燃料在燃烧过程中燃烧的方式也出现了变化，进而衍生出了一种全新的燃烧技术，那就是高温空气燃烧技术。高温空气燃烧技术主要是通过高效的蓄热式余热回收，进而实现高温低氧燃烧。通过这种方式燃烧所形成的火焰，和传统的火焰特性有很大的不同，既能达到节能环保的目的，又能使燃烧效率大大增加，提升燃烧过程中的热能转化。

现如今蓄热式燃烧技术已经成为一种非常通用并且实用的节能环保燃烧技术，在不同的工业炉上都得到了使用。在现如今的使用过程中，不同种的工业炉主要可以分为推钢式连续轧钢加热炉以及步进式连续加热炉，室式加热炉、台车炉以及连续退火炉等等。这其中使用最广的主要是连续轧钢加热炉和步进式连续加热炉，蓄热式燃烧技术在连续加热炉中进行使用时所带来的经济效益是非常可观的，而且在进行投资时回收周期非常短，对于企业发展来讲非常多的优点。

2.2 系统组成与工作原理

蓄热式燃烧系统，其组成成分主要可以分为：换向阀、燃料供给系统，烧嘴、供风管道和风机、排烟管道、引风机和烟囱，同时还包括自动化控制系统和热工测量器件。对工业炉燃烧技术进行改造创新的过程，就是对工业炉供热系统进行更新换代的过程，除此之外，工业炉炉体和钢结构都保持原有结构，不再进行变化。

蓄热式高温燃烧系统，在进行燃烧作业时，能够将空气预热温度提升到1000℃以上，和传统的加热炉相比，热效率增长了20%~30%。而且对于在传统加热炉中不能够发挥作用的低热值燃料，在高温加热炉中，其应用范围得到了拓展。其工作原理如下：对于蓄热式高温燃烧系统来讲，其属于工业炉供热系统和排烟系统、自动化控制系统共同组合以及配合工作所形成的统一整体，在燃烧过程中烧嘴成对出现，并且共同组合形成燃烧单元，同时，换向阀和控制系统对燃烧单元进行辅助，换向阀和控制系统在燃烧单元两侧布置或者是同一侧进行布置。当燃料和助燃空气通过换向阀，进入到单个的烧嘴中，蓄热体立即开始蓄热。在蓄热过程中，烧嘴处会高温空气、燃料和助燃空气进行接触，形成火焰，进行燃烧。而一对烧嘴中的另一个则进行排烟。排出的烟气温度高达1200℃左右，这些烟气也不会排放到外部，会进入到蓄热体内部进行放热，放热结束之后烟气冷却，经过换向阀从排烟管道以及引风机向烟囱高空进行排放。这样一个循环大约维持的时间在200s左右。一个循环结束之后，一对烧嘴中的供热烧嘴转变成排烟烧嘴，而排烟烧嘴则变成供热烧嘴。不断的交替循环，通过换向阀进行控制，能够使蓄热体加热及放热过程不会间断，使得烟气余热的回收效率大大增加，帮助助燃空气进行加热，同时还能够降低加热过程中的能源损耗以及污染物排放。

3 结 语

工业炉燃烧技术的改革与创新，对于工业炉升级改造具有重要意义，可以说燃烧技术的创新是工业炉升级改造过程中的核心内容，如果对燃烧技术不进行创新，那么工业炉的升级改造就只能是一种空谈。而在工业炉燃烧技术创新的过程中，现有的燃烧技术并不是被抛弃，而是在此基础上对其进行优化完善，使其燃烧效率大大增加，并减少能耗以及污染物排放。