工业窑炉脉冲燃烧技术的应用与效益浅析

张兹伟

摘 要：围绕工业窑炉展开研究，分析脉冲燃烧技术的应用原理和应用特点，并详细阐述该项技术的实际应用方案，最后，基于我国产业相关政策和产业发展动态，浅析脉冲燃烧技术的效益。

关键词：应用原理;应用特点;应用效益;工业窑炉;脉冲燃烧技术

众所周知，工业窑炉在我国社会生产领域扮演着重要的角色，对经济发展的作用不容置疑，同时，工业窑炉的运行也消耗着大量的能源，因此，新时期我国尤为重视工业窑炉的燃烧控制工作，致力于维系窑炉的整体性能，进而达成窑路运行节能目标，最大程度的减少对环境的污染。

现阶段，我国普遍应用连续比例燃烧控制形式，通过控制燃料和助燃空气的流量来保证温度和燃烧气氛合理，但不容忽视的是，应用该种控制形式时，十分容易受工况波动的影响，进而导致最终的控制效果不尽人意。因此，文章提出脉冲燃烧控制技术，旨在达成降低窑炉能耗、优化窑炉生产率和生产质量的目标。

一、脉冲燃烧技术的应用原理和应用特点

脉冲燃烧控制技术以固定各烧嘴空煤气流量，间断燃烧方式、凭借脉宽调制技術、在科学调节燃烧时间通断比的情况下，最终达成控制窑炉温度的目标。在工业窑炉燃烧状态下，只需利用主燃料控制阀门即可实现对燃料流量的在线调节，确保烧嘴能够处于最佳的燃烧状态。同时，基于控制系统，能够在工业窑炉内部通过气流及火焰的间断通断，达到持续搅拌炉气，较易形成均匀的温度场，在温度场达成均匀分布状态后，烧嘴交替燃烧，根据升降温的需要，灵活调整烧嘴燃烧时间和间断时间[1]，使得炉膛压力的波动控制在可接受的范围。最后，基于工业窑炉的设定温度，也能够实现对燃料流量的控制，以保证窑内产品质量良好。

作为一项新型的带有高节能和低污染特点的技术，脉冲燃烧控制技术系统简单、成本低廉、可实现对空燃比和工业窑炉内部气氛的理想控制目标。同时，该项技术也可维系工业窑炉内部温度场的均匀[2]。最后，基于脉冲燃烧控制技术，烧嘴的负荷调节比明显增大，热工效率更为理想，能耗也显著降低。

与传统的控制技术相比较，基于脉冲燃烧控制技术的控制系统仪表数量显著减少，仅通过温度传感器、控制器和执行器即可实现系统的高效运行，同时标定过流量的烧嘴空燃比例稳定，燃烧充分，不仅能够节约硬件成本，还能够节约燃料成本。另外，基于两位式开关控制，执行器也变为电磁阀门，系统可靠性大为提升。最后，在时间周期性变化背景下，工业窑炉脉冲烧嘴的压力和温度等参数也随之变化，在一定程度上，强化了传热质混合过程，对陶瓷等产品的烧成起到了一定的推动作用。

二、脉冲燃烧控制关键技术

一直以来，平焰式结构的烧嘴都是工业窑炉燃烧系统的首选，在燃料和助燃空气简单混合后，即可实现窑内燃烧，故烧嘴的流速不尽人意，同时，平焰式结构的烧嘴入射锥角和旋转情况皆不尽人意，使燃烧无法达到充分状态。而应用脉冲燃烧控制技术后，工业窑炉的烧嘴则必须能适应多种燃烧介质;必须能满足高温烧成要求;必须能适应低压燃料烧成和热风助燃;必须具备较高的出口流速和燃烧效率;必须具备自动点火、熄火保护和火焰监测等功能[3]。

基于窑炉热工参数系统具有的多变量、强耦合和慢时变的特点，为达成各项参数匹配、优化燃烧效果、降低能耗的目标，要重视高温脉冲燃烧系统的研究工作和设计工作。

三、脉冲燃烧控制技术的实际应用

从发达国家角度来看，其十分重视窑炉节能基础理论，并积极运用计算流体动力学手段，分析和预测燃烧过程，并构建相关实验研究工作，为后续工程应用奠定基础。以德国KROM公司为例，其在燃烧控制系统方面主要应用仪表控制方式，鲜少应用计算机和现场总线系统，近段时间以来，德国KROM公司与时俱进，开始推广现场总线技术优化集成的燃烧控制系统，取得了一定的应用效果。

现阶段，在硅酸盐梭式窑上，众多窑炉制造商开始引进脉冲燃烧控制技术相关原理，基于该项技术的燃烧特点和相关工艺要求，窑炉制造商普遍认为“脉冲+比例”更适用于陶瓷产品的烧成工作中[4]。

脉冲燃烧控制技术的应用对脉动周期、脉宽和脉动转化过程要求皆比较严苛，同时，高速脉冲烧嘴和普通烧嘴也存在显著的差异，必须满足大小火的连续可调和频繁交替。在我国国内，湖北黄冈华窑中州窑炉有限公司自1994年就开展了有关工业窑炉高温脉冲燃烧技术的研究，从2000年开始，企业已经实现了将高温燃烧节能系统和相关技术在300多个工业窑炉内部的应用，同时，北京的神雾热能技术公司也研发了独具特色的脉冲燃烧系统，并利用系统实现了对工业窑炉温度的精准控制。

四、脉冲燃烧控制技术的应用效益分析

（一）与传统燃烧技术对比

相比于传统燃烧技术，脉冲燃烧控制技术系统造价、能源降耗、人力资源支出和适用性更为理想，在产品烧成质量方面，也更加优越[5]。

（二）能源效益和环境效益

基于脉冲燃烧控制技术，燃烧热效率大为提升，相对于仍然应用传统燃烧技术的工业窑炉，燃料消耗明显较少，在一定程度上，还可提升工业窑炉产品烧成质量。同时，基于脉冲燃烧控制技术，不仅能够减少有害气体生成，还能够减少燃烧排放物，环境污染控制效果理想。

（三）社会效益

基于脉冲燃烧控制技术，不仅能够使社会生产领域每年的燃料支出费用大量减少，同时，还能够极大的提升产品烧成合格率和自动化程度，在人力成本和系统造价成本大为减少的背景下，相关产品在国际市场上的竞争力也能够得以强化。

结束语：

总而言之，作为一项新型的燃烧控制技术，脉冲燃烧控制技术在新发展阶段前景广阔，值得在陶瓷、冶金和石化等行业深度应用，不仅能够优化产品质量，还能够实现节能消耗目标，控制环境污染，进而推动我国社会生产力的持续提升，推动我国经济领域的稳步发展。

参考文献

[1] 屈彬，柯善军. 脉冲燃烧技术在陶瓷辊道窑上的应用[J]. 工业炉，2016，38（005）：34-38.

[2] 张倩，张彤. 脉冲燃烧控制技术在连续退火炉中的应用[J]. 自动化与仪器仪表，2015，000（008）：70-71.

[3] 杨东丹，梁春华，孙明霞. 脉冲爆震燃烧室/加力燃烧室的最新进展[J]. 航空制造技术，2015，485（15）：113-116.

[4] 申凯，张文平. 一种连续退火炉脉冲燃烧燃气压力控制方法[J]. 冶金自动化，2017，041（004）：48-53.

[5] 李世超，高宏力，刘伟雄，等. 基于结合部优化的脉冲燃烧风洞测力系统动态特性优化[J]. 推进技术，2018，v.39;No.247（01）：176-184.