10蓄热式结构
蓄热式燃烧技术在加热炉中的应用
蓄热式燃烧技术在加热炉中的应用一、引言蓄热式燃烧技术自20世纪90年代从国外引进到国内，被广泛应用于钢铁行业，特别是在轧钢加热炉的应用上，通过不断消化吸收和创新改进，在节能减排方面取得了突出的成效。
高炉煤气作为高炉炼铁的副产品，由于热值低，常规情况下不能形成稳定燃烧，大量多余的高炉煤气不得不直接放散，造成了大气污染和能源浪费。
通过蓄热式燃烧技术的应用，将高炉煤气、助燃空气双蓄热后，能使高炉煤气及空气达到1000℃的高温，从而形成良好的燃烧效果。
该技术在轧钢加热炉上的应用取得了显著效果，将原先放散的高炉煤气变废为宝，降低了钢铁企业的整体能耗，减少了大气污染。
本文结合加热炉的设计工作实际，从烧嘴结构形式、火焰组织、换向阀优化布置等方面，探讨蓄热式燃烧技术在加热炉上的应用。
二、概况大冶某钢铁公司有一台高炉煤气双蓄热式加热炉，由我公司设计建造，于2019年元月建成投产，采用高炉煤气作为燃料，低热值为850×4.18kJ/Nm3，设计产能为120t/h（冷坯），主要钢种有10#，20#，45#，40Cr，Q345B，27SiMn，37Mn5等，钢坯规格主要有：150×150×7000—9000mm、180×220×7000—9000mm。
钢坯出炉温度为1200℃，单位热耗：≤1.3 GJ/t，氧化烧损：≤1％。
在设计中，我们采用的炉型为高炉煤气、空气双蓄热步进式加热炉，进出料方式为侧进侧出，单排布料，炉底水管冷却方式为汽化冷却，炉底步进机构由液压驱动，燃烧控制方式采用了先进的全分散脉冲燃烧控制技术。
三、蓄热式烧嘴的结构形式蓄热式烧嘴是蓄热式燃烧技术核心设备，主要由喷嘴、蓄热室、气室组成。
喷嘴是燃气和助燃空气喷入炉内的通道，也是烟气被吸入蓄热室的入口。
蓄热室内安装有挡砖和蜂窝体，挡砖为多孔的刚玉质砖，安装在靠近喷嘴的前端，对蜂窝体起到稳定和保护的作用。
蜂窝体一般采用刚玉莫来石质材料制成，其比表面积大，是蓄热小球的3-4倍，换热效率高，结构紧凑，受到越来越多用户的青睐和选择。
蓄热式加热炉燃烧技术36页PPT
3.蓄热式燃烧(RCB 系统) 工作原
理及系统组成
RCB系统由两个烧嘴、两个蓄热室、一套换向装置和 相配套的控制系统组成(见图1)。模式A表示烧嘴A处于 燃烧状态,烧嘴B处于排烟状态:燃烧所需空气经过换向 阀,再通过蓄热室A,其预热后在烧嘴A中与燃料混合,燃 烧生成的火焰加热物料,高温废气通过烧嘴B进入蓄热 室B,将其中的蓄热球加热,再经换向阀后排往大气。持 续一定时间后(如20s),控制系统发出换向指令,操作进 入模式B所示的状态,此时烧嘴B处于燃料状态,烧嘴A处 于排烟状态:燃烧空气进入蓄热室B被预热,在烧嘴B中 与燃料混合,废气经蓄热室A,将其中蓄热球加热后排往 大气。持续与模式A过程相同的时间后,又转换到模式A 过程,如此交替循环进行。
பைடு நூலகம்
随着我国国民经济的飞速发展， 我国各行业工业炉窑的燃料消耗迅速增加， 绝大多数工业炉窑的燃料消耗长期高于国 际先进水平有害物的超标排放相当严重， 世界10个环境污染最严重的城市，我国已 占了7座。因此提高工业炉窑的燃料利用 率和大幅度降低氮化物的排放量，已成为 我国亟待解决的问题。
目前由于能源和环境问题日益突出，要 求各轧钢单位全面推行高效清洁生产技 术，而高效蓄热技术（简称HTAC式）目 前世界上先进的燃烧技术，可以从根本 上提高企业能源及用率，对低热值煤气 进行合理利用，最大限度地减少污染排 放，很好的解决燃油炉成本高、燃煤炉 污染中的问题。
为了解决这些问题,充分利用加热炉烟气的余热, 进 一步提高加热炉的热效率,大连北岛能源技术发展有限 公司研制出了高效蓄热式余热回收系统,并在加热炉上 应用,效果很好。如韶钢2019年7月投产的蓄热式加热炉, 炉内空气煤气可预热到1100℃,排放废气温度仅130℃, 这种炉子为全封闭的,热效率高,也不需要回收热能抚顺 特钢公司500分厂2# 炉于1993年8月结合大修,进行改造 后 , 单 耗 由 1879 m3/t 减 少 至 285197m3/t, 热 效 率 由 3185% 增至31149%,平均温度由58℃减少到9℃,节能率 为85172%,装炉量增加一倍, 生产率提高30%。包头钢铁 公司初轧厂新建2 座RCB 式长坑均热炉,使用高焦炉混 合煤气,空气和煤气均预热到900～1100℃,排烟温度低 于150℃,与该厂原有长坑均热炉相比,节约燃料41%,产 量提高了13%,减少基建投资200万元。
蓄热式热力焚化炉 结构
蓄热式热力焚化炉结构以蓄热式热力焚化炉为标题，本文将对其结构和工作原理进行详细介绍。
一、引言蓄热式热力焚化炉是一种利用废弃物进行能源回收的设备。
它能将废弃物高效率地焚烧并将产生的热能转化为电力、热水等可利用的能源。
蓄热式热力焚化炉具有高效、环保、节能等优点，在处理废弃物和能源利用方面具有重要的应用价值。
二、蓄热式热力焚化炉的结构蓄热式热力焚化炉主要由燃烧室、热交换器、烟气净化系统和控制系统等组成。
1.燃烧室燃烧室是焚化炉的核心部件，用于将废弃物进行高温燃烧。
燃烧室内设置有燃烧床和燃烧器，废弃物在燃烧床上燃烧产生高温烟气。
2.热交换器热交换器是蓄热式热力焚化炉的重要部件，用于将燃烧产生的高温烟气中的热能转化为可利用的能源。
烟气通过热交换器时，与热媒进行热交换，使热媒得以加热。
3.烟气净化系统烟气净化系统用于处理焚烧炉产生的烟气，以减少对环境的污染。
该系统包括除尘器、脱硫装置、脱硝装置等，能有效净化焚烧炉产生的烟气，使其符合排放标准。
4.控制系统控制系统是蓄热式热力焚化炉的重要组成部分，用于监控和控制焚烧过程。
控制系统能够实时监测焚烧温度、烟气排放浓度等参数，并根据设定的参数进行自动调控，以保证焚烧过程的安全和稳定。
三、蓄热式热力焚化炉的工作原理蓄热式热力焚化炉的工作原理是将废弃物燃烧产生的高温烟气通过热交换器将热能转化为热媒的能量。
具体工作过程如下：1.废弃物燃烧废弃物首先被送入燃烧室，经过预处理后，如粉碎、除尘等，再通过燃烧器进行点火。
废弃物在燃烧床上燃烧产生高温烟气。
2.烟气热交换高温烟气通过燃烧室后，进入热交换器。
在热交换器中，烟气与热媒进行热交换，使烟气中的热能被传递给热媒。
热媒在交换过程中被加热，烟气则被冷却。
3.能源回收通过热交换器后，热媒中的热能可被用于发电、供热等用途。
热媒中的热能转化为动力能源，驱动发电机发电或提供热水等能源供应。
4.烟气净化焚烧炉产生的烟气通过烟气净化系统进行处理。
蓄热式换热器
的直接混合来换热的。
引言
off
fuel
燃烧器 B
炉温 1350℃ 钢板 1250℃
on
fuel
蓄热室B
排气 150℃
air 切换阀
蓄热室A
主要内容及基本要求
蓄热式热交换器主要用于流量大的气－气热交换场合， 如动力、石油化工、冶金等工业中的余热利用和废热回收。
5.1 结构和工作原理 5.2 与间壁式换热器的比较 5.3 传热设计计算特点
2）除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口处之外，冷热 气体的温度随时间呈周期性变化。
在蓄热式换热器高度方向上取某一A-A截面，在整个周期内， 该处蓄热材料及气体的温度按图所示情况变化。
5.1 结构和工作原理
5.1.2 阀门切换型蓄热换热器
fuel
fuel
燃烧器 B
炉温 1350℃
钢板 1250℃
排气 150℃
air 切换阀
阀门切换型蓄热式换热器
（a） 蓄热式烧嘴
（b）烧嘴转
蓄热燃烧原理图
空气 煤气
原理图
外置式单蓄热室结构图
砌筑尺寸 砌筑尺寸
内置式蓄热室结构图
外置式双蓄热室结构图
蓄热式烧嘴结构图
5.1 结构和工作原理
从玻璃加热池上 排出的高温烟气进入 蓄热格子体时的温度 约为1100~1300℃， 通过蓄热室后温度约 为400~600℃，进入 蓄热室的空气温度约 100~120℃，排出时 达到约900~1100℃， 然后进入加热池内供 燃油使用。
燃烧器 燃烧室
高炉热风炉结构图
5.1 结构和工作原理
5.1.1 回转式蓄热换热器
回转式换热器又叫再生蓄热式换热器， 主要由圆筒形蓄热体（常称转子）及风罩 两部分组成，分为转子回转型和外壳回转 型。
蓄热式加热炉(教学参考)
蓄热式加热炉一、蓄热式加热炉的分类和特点：1、分类蓄热式加热炉按预热介质种类分为如下两种方式：同时预热空气和煤气式和空气单预热方式。
按结构型式来分，则蓄热式加热炉分为烧嘴式和通道式。
其中烧嘴式又分为全分散换向和群组换向两种；通道式也可分为单通道和双通道两种方式。
按运料方式来分，蓄热式加热炉分为推钢式和步进式。
全分散换向烧嘴式蓄热式加热炉能够实现单个烧嘴自动控制，与常规加热炉操作类似，能够满足各钢种对炉温的不同要求，实现炉温的灵活控制；群组换向蓄热式加热炉一般将某一段的烧嘴作为一个整体进行集中控制，这种控制方式能够实现各段炉温的灵活控制，也能满足大多数钢种对炉温的不同要求；通道式蓄热式加热炉一般是全通道整体控制，不能实现炉温的灵活调整，只能满足少数钢种（如普碳钢）的加热要求，而不能满足大多数钢种（如合金钢）加热的需求。
2、蓄热式加热炉的优点蓄热式加热炉有如下优点：①能将空气、煤气预热到800~1000℃的高温，有利于低热值燃料的利用；②充分利用烟气余热，节约燃料；③排烟温度低，氮氧化物含量少，环境污染少；④每对烧嘴交替燃烧，炉内温度均匀，可提高钢坯加热质量。
二、蓄热式加热炉燃烧系统简介1、蓄热式加热炉的蓄热体蓄热式加热炉的蓄热体有两种型式，一种是陶瓷小球，另一种是陶瓷蜂窝体。
蜂窝体单位体积的换热面积大，在相同条件下，蜂窝体的传热能力是陶瓷小球的4～5倍。
同样换热能力时，蜂窝状蓄热体的体积只需陶瓷小球蓄热体1/3～1/4。
采用蜂窝体的烧嘴结构紧凑轻巧。
蜂窝体体内气流通道是直通道，而陶瓷小球蓄热体的通道是迷宫式的，因此蜂窝体的阻力较小，陶瓷小球蓄热体阻力较大，前者仅为后者的1/3左右。
蜂窝体壁薄，仅为0.5～1.2mm，透热深度小，蓄热放热速度快，换向时间仅需40～80秒，换向时间短，被预热介质的平均温度高，热回收效率高。
由于换向时间短，因此换热周期内的炉温波动小，有利于炉温和钢坯加热温度的控制。
蜂窝体内部是直通道，在高速气流的正吹反吹的频繁作用下，通道不容易积灰和堵塞。
蓄热式热交换器
式中：Bj —燃料消耗量，kg/h；Q—1kg燃料所产生的 烟气量(包括漏风量)在空气预热器中放出的热量，J/kg。
☆对阀门切换型，传热面积：
1 ηp Q F K Δt 1m, c 2η p
m2 (5.20)
式中：Q—每周期内预热气体从格子体获得的热量，J/周期； ηp—预热气体从格子体获得的热量与烟气在 蓄热室中所释放的热量之比。
☆忽略热损失，间壁式气体1、2间热平衡： M1cp1(t′1 – t″1 )=M2cp2 (t″2 – t′2 ) (5.1)
☆对蓄热式，气体1所放出的热量： Q1=M1cp1(t′1,m – t″1,m ) 气体2所吸收的热量： Q2=M2cp2(t″2,m – t′2,m ) ☆忽略对外热损失，热平衡： M1cp1(t′1,m – t″1,m )=M2cp2(t″2,m – t′2,m )
5.1.2 阀门切换型蓄热式热交换器
传统的蓄热室中蓄热体大多由耐火砖砌 成的格子砖构成。为连续运行，都具有 两个蓄热室。这种阀门切换型常用于玻 璃窑炉，冶金工业中高炉的热风炉。
图5.4 阀门切换型蓄热式热交换器工作原理图
图5.5 蓄热室结构简图
图5.6 阀门切换型热交换器用于玻璃窑炉示意图
5.2 蓄热式热交换器与间壁式热交换器的比较
(5.18a)
(5.18b)
这样，由式(5.17a)、(5.18a)及(5.13)可求 Kt， 由式(5.17b)、(5.18b)及(5.13)可求 Kb， 最后由式(5.14)可求总传热系数 K。
5.3.3 传热面积
☆对回转型，传热面积F的计算常与所消耗的 燃料量联系起来：
F B jQ K Δt 1m, c
蓄热式中的热交换是依靠蓄热物质的热容量及冷、 热流体通道周期性地交替，使得蓄热式热交换器中 传热面及流体温度的变化具有一定的特点。
蓄热式换热器结构
蓄热式换热器结构蓄热式换热器是一种用于热能传递的装置，其结构设计旨在实现高效的热能转移和蓄热功能。
它被广泛应用于工业生产中的热能回收和能源利用领域。
蓄热式换热器的结构通常包括两个主要部分：蓄热体和换热管道。
蓄热体是蓄热式换热器的核心组成部分，它负责吸收和储存热能。
蓄热体通常由具有较高热容量和导热性能的材料制成，如石蜡、水石膏和钢铁等。
其中，石蜡是最常用的蓄热体材料之一，因其具有较高的熔点和热容量，能够在相变过程中吸收和释放大量的热能。
蓄热体的形状和结构可以根据具体的应用需求进行设计，如球形、板状、管状等。
换热管道是蓄热式换热器中用于传递热能的通道。
它通常由高导热性和耐腐蚀性的材料制成，如不锈钢、铜和铝等。
换热管道的设计和布局需要考虑热能传递的效率和均匀性，以确保热能能够充分地传递到蓄热体中，并在需要时能够快速地释放出来。
为了增加换热管道的表面积和热传导效率，常常采用盘管、螺旋管等特殊结构，使热能在管道内部得以充分利用。
蓄热式换热器的工作原理是利用蓄热体的热容量和相变特性来实现热能的转移和储存。
当热能源（如烟气、蒸汽等）通过换热管道流过蓄热体时，热能会被吸收并储存到蓄热体中。
当需要利用储存的热能时，冷却介质（如水、空气等）会通过换热管道与蓄热体接触，从而释放储存的热能。
这种热能的转移和储存过程可以通过控制热能源和冷却介质的流量和温度来实现，以达到最佳的能量利用效果。
蓄热式换热器结构的设计和优化需要考虑多个因素，如热能传递效率、热能储存能力、材料的选择和可靠性等。
为了提高换热效率，可以采用增大蓄热体表面积、增加换热管道长度和改变流体流动方式等措施。
为了提高热能储存能力，可以采用增加蓄热体的体积、提高蓄热体的热容量和改变蓄热体的相变温度等方法。
同时，还需要考虑材料的选择和可靠性，以确保蓄热式换热器能够在长时间运行中保持良好的性能和稳定性。
蓄热式换热器结构的设计和优化是实现高效热能转移和蓄热的关键。
通过合理选择蓄热体材料、优化换热管道的设计和布局，可以提高蓄热式换热器的换热效率和能量利用效果，为工业生产和能源利用领域提供可靠的热能回收和利用方案。
蓄热式焚烧（RTO）的组成及特点
蓄热式焚烧（RTO）的组成及特点蓄热式焚烧（RTO）的组成及特点蓄热式焚烧系统(RTO)是利用陶瓷蓄热体来储存有机废气分解时产生的热量，并用陶瓷蓄热体储存的热能来预热和分解未被处理的有机废气，从而达到很高的热效率，氧化温度一般在800℃到850℃之间，最高达1100℃。
蓄热式焚烧系统主要用于有机废气浓度较低而废气量较大的场合，在有机废气中含有腐蚀性、对催化剂有毒的物质和需要较高温度氧化某些臭气时也非常适用。
蓄热式焚烧（RTO）系统组成1.蓄热体蓄热体是RTO系统的热量载体，它直接影响RTO的热利用率，其主要技术指标如下：(1)蓄热能力：单位体积的蓄热体所能存储的热量越大，蓄热室的体积越小；(2)换热速度：材料的导热系数可以反映热量传递的快慢，导热系数越大热量传递越迅速；(3)热震稳定性：蓄热体在高低温之间连续多次地切换，在巨大温差和短时间变化的情况下，极易发生变形以至于碎裂，堵塞气流通道，影响蓄热效果；(4)抗腐蚀能力：蓄热材料接触的气体介质多为具有强腐蚀性，抗腐蚀能力将影响RTO的使用寿命。
2.切换阀切换阀是RTO焚烧炉进行循环热交换的关键部件，必须在规定的时间准确地进行切换，其稳定性和可靠性至关重要。
因为废气中含有大量粉尘颗粒，切换阀的频繁动作会造成磨损，积攒到一定程度会出现阀门密封不严、动作速度慢等问题，会极大地影响使用性能。
3.烧嘴烧嘴的主要目的是不让气体与燃料混合地过快，这样会形成局部高温；但也不能混合过慢导致燃料出现二次燃烧甚至燃烧不充分。
为了确保燃料在低氧环境下燃烧，需要考虑到燃料与气体间的扩散、与炉内废气的混合以及射流的角度及深度，这些参数应在设计之初根据实际的工艺需求准确计算，否则会直接影响RTO的焚烧效果。
蓄热式焚烧（RTO）工作原理>>二室RTO工作原理有机废气通过引风机输入蓄热室1进行升温，吸收蓄热体中存储的热量，随后进入焚烧室进一步燃烧，升温至设定的温度（760℃），在这个过程中有机成分被彻底分解为CO2和H2O。
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蓄热式结构
蓄热式结构作为蓄热式高温空气燃烧技术的关键装置，也是其核心技术。
近十几年，蓄热式轧钢加热炉在国内得到快速推广应用，在应用中出现几种不同的蓄热室结构形式，取得的效果也不尽相同，下面对几种不同蓄热室结构形式的蓄热式加热炉进行介绍。
一、蓄热式烧嘴式加热炉
蓄热式烧嘴的主要特点是将燃烧器与蓄热式余热回收装置集成一体配成一对类似常规烧嘴的燃烧系统，每个蓄热式烧嘴周期性使用。
一座炉子往往有多对蓄热式烧嘴供热。
据有资料介绍，国外普遍采用蓄热烧嘴加热炉，就蓄热技术而言，其应用水平已相当成熟。
但国外使用蓄热式烧嘴烧低热值煤气（如高炉煤气）的工业炉较少。
从蓄热体使用的材料来看，国外有使用陶瓷球、陶瓷蜂窝体等，陶瓷蜂窝体蓄热式烧嘴以其结构小受到重视。
国内蓄热体主要使用陶瓷球和陶瓷蜂窝体两种，使用陶瓷球蓄热瓷球蓄热式烧嘴的加热炉在个别技术上有待改进。
国内在大型加热炉上使用蓄热式烧嘴的结构布置上做了一些改进，主要是将蓄热体部分埋进了炉墙，克服了原结构“皮厚囊”的弊病，但从应用的情况看还没有完全成熟。
无论是从蓄热式的设计、蓄热体的选择，还是从系统结构优化等方面来看，蓄热烧嘴式加热炉仍存在许多可改善之处。
蓄热式烧嘴一起调节灵活性，炉型选择的多样性，对不同工艺要
求的适应性等优点成为蓄热式高温空气燃烧技术未来发展的一种很重要的方式。
尤其是结构简单，体积小的单体自身蓄热式烧嘴（国内已有专利），更具竞争力，对旧炉子改造有节省投资的优点。
二、集成式蓄热加热炉
这是国内应用较早的一种形式，是我国北岛能源技术有限公司20世纪90年代初开发的高效蓄热式余热自回收系统专利技术的应用。
其特点是把蓄热室安装在炉子底部，同时在炉墙浇注出通道和喷口，并与高效余热回收装置结合成一体，形成集供热、排烟和余热回收于一体的集成式蓄热加热炉。
集成式蓄热加热炉优点是把蓄热室、介质通道和喷口都集中在炉体内，减少了外部高温管道，占地少，系统布置简单，加热能力不受设备体积和布置方式的限制，供热能力设计余地大。
由于喷口的简化为喷口的设计提供了多种选择以满足加热质量的需要。
如通过喷口的设计可以在加热物料表面形成相对还原气氛，减少氧化烧损。
集成式蓄热加热炉缺点是炉墙较厚，基础基建量大，对旧炉改造则受到场地和土建基础限制。
另外由于较集中的换向控制和蓄热，供热调节受到一定程度限制，加热能力受燃料供入压力的影响较大。
集成式加热炉特别适合低热值煤气，可采用双预热、分段集中蓄热和换向。
三、外置蓄热器式加热炉
这是介于集成式加热炉和蓄热烧嘴式加热炉之间的一种结构形成。
其特点是把集成式加热炉的蓄热室和高温通道放在炉体外，通过
炉内喷口的直接连接形成外置蓄热系统，采用分段换向和相对集中的蓄热室。
这种结构形成给系统设计带来许多有益的变化，比前两种形式更具灵活性。
首先是蓄热室的设计可以更具现场需要灵活设计，同时可以增加上下蓄热式的调节手段。
其次喷口的设计更具灵活，同时带来喷口换向燃烧方式的灵活，即可异侧换向，也可同侧换向。
喷口燃烧组合也更具有多样性。
另外，对蓄热系统设备的选择适应性广。
四、三种蓄热室结构的对比分析
以上三种结构形式是按该技术的核心技术——蓄热室的布置来分类的。
蓄热室集供热、排烟和余热回收于一体而成为该技术的中枢。
其他设备和工艺的变化都必须以此为基础。
国内三种蓄热室形成都有应用，各有其优点，其本身无优劣之分。
蓄热式烧嘴以其结构小巧，调节灵活的特点广泛适用于各种炉型。
用户在选用哪种结构形式时要综合考虑燃料种类、场地大小、投资额度等因素，选择适合自己的炉型结构。
因为其基本原理都一样，只是部分设备形式、材料与结构布置的变换。
通过国内蓄热式加热炉几种不同结构形式的分析，可知蓄热式高温空气燃烧技术要进一步推广应用，必须针对具体的炉型结构、燃料条件、加热工艺作相应的优化设计，提高设备的可靠性，才能真正发挥该技术节能环保的作用。