蓄热式烧嘴 2
新型蓄热式烧嘴在轧钢加热炉上的应用及改进
山 东 冶 金
Ｓ ａ ｄ ｎ Ｍｅａｌ ｒ ｙ ｈｎ ｏｇ ｔｌ ｇ ｕ
Ｖｏ ．４ Ｎｏ １ １３ ． Ｆｅ ｒ ａ ｙ ２ ２ ｂ ｕ ｒ ０１
臣霹
王 安龙 ， 长生 王
（ 山东石横特钢集团有限公 司 轧钢厂 ， 山东 肥城 ２ １ １ ） ７ ６ ２
并 以一 定 角 度相 交 。烧 嘴砖 镶 嵌 在炉 墙 内且 与炉
膛 内壁平 齐 ， 煤气 喷 口和空 气喷 口均 为成一 定 角度
的大扁 口设计。蓄热体布置形式为烧嘴内部前端 １
排挡砖 ， 后端 ６ 排方 孔蜂窝体 。 蓄 热 烧 嘴 内蓄 热 体 体 积 小 且 有 效 利 用 率 低 ， 空、 煤气 预热 温度 降低 ， 烟温度 升 高 ， 常 出现超 排 经 温报 警 现象 。蓄 热能力 的不 足造 成加 热能 力不 足 ，
耐 材 内衬 半 内置 于炉墙 耐火 层 内 ， 嘴砖 紧贴烧 嘴 烧
质量下降等问题 。高线加热炉与一棒加热 炉情况
相 似 ， 是 由于 高线 车 间机 时产 量 较低 ， 热能 力 只 加
不足 的矛盾不 突 出。
一
棒、 高线加热炉蓄热烧嘴最初采用的均为半
内置组合 式烧 嘴结 构 ， 空 、 其 煤气 喷 口为上下 组 合 ，
新型蓄热式烧 嘴在轧钢加热炉上的应 用及 改进
摘 要 ： 新型 蓄热式 烧嘴增大 了蓄热体换热 面积 ， 采用了多孔射流板技术并在烧 嘴入 口增设 了导流板 ， 石横特钢 加热炉应 用这种烧 嘴 ， 技术 经济指标 大幅度提升 ， 主要 加热能力提高 ２ ％～ ３ 燃料消耗降低 １％～１％。通过对烧嘴结构的进一 ７ ３ ％， ３ ４
蓄热式烧嘴在加热炉上的应用研究
图 １蓄热式烧嘴示意图
１ ． １基 本 原 理
当一对烧嘴中 的一个在燃烧时 ，产生 的燃烧产物一 部分被 另外 个所 抽走，并且该部分燃烧产物在通过蓄热箱时 ，热量被蓄 热介 质吸收；剩余的燃烧产物气体仍通过炉子的烟道排 出。大 约 ４ Ｏ秒 的 时间，两个烧嘴切换运行模式 。特殊 的地方就是在具体应用过程 中 两个烧嘴是相互对立 的。理想状态是加热炉某一段一边 的烧嘴燃烧 的同时相 对应的另一边 正在排 气 一边烧 嘴燃烧 ２秒钟后另一边烧 嘴开始工作。 蓄热式烧嘴的燃烧系统示意图见图 ２ 。 图 ２中蓄热 式烧嘴 Ａ处 于燃烧的状态 ，助燃空气通过蓄热箱 内小球 由常温 预热 到 １ ０ ０ ０ ℃左 右，并与煤气混合后进行燃烧。蓄热式烧 嘴 Ｂ处于抽吸 燃烧产 物的 状态 ，高温炉气通过排烟风机抽吸 并预热 蓄热箱 内的小球 ，温 度降 到２ ０ ０ ℃ 以下 排 出 。
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ＆ Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｍｔ
蓄热式烧嘴在加热炉上的应用研究
李艳 杰
（ 唐钢 中厚板材有限公 司 ，河北 唐 山ห้องสมุดไป่ตู้０ ６ ３ ６ １ ０）
【 摘 要ｌ 蓄热式烧嘴是一种 目前广泛应用研 究的新技术 ，本 文主要研 究 了它的相关工作程序 ，在其基础上研究 了它的使用及其 效果和加 热炉的燃耗 ，并进 一步讲述 了它的 节能优 势。 【 关键词 】 蓄热式烧嘴 ； 加热 炉；原理
前 言
蓄热式烧 嘴 （ Ｒ Ｃ Ｂ ）蓄热式烧嘴是 一种通过 蓄热球从窑炉烟气 中 回收热量来预热空气 以此达到交替燃烧均匀加热 目的的烧嘴 。蓄热 式烧嘴主要应 用于工业燃气加 热领域 ，以低 Ｎ Ｏ ｘ排放 ，很高的燃烧 热效率著称。 它是继 自身预热式烧嘴后 的又一大技术进步。 近年来 ， 在英国 ，西欧 ，北美 ，澳洲和 日本等地作为节能技术核心广泛传播 和示范推广，应用于锻 造炉，热处理 炉，金属熔化炉和 玻璃池 窑等 。 ２ Ｏ世纪 ９ ０年代初始 ，蓄热式余热回收技术得到了快速发展： 在蓄热体材质、构造 、蓄热性 能等方面都得 到了许 多改进 ；单 位体 积的传热面积 由过去的 ｌ Ｏ ￣４ ０ ｍ ／ ｍ ３ 提高到 ２ ０ ０ ～１ ３ ０ ０ ｍ ２ ／ ｍ 。 ， 因而体 积显著减小 ；换 向阀和控制系 统可靠性也得 到改善 ，换 向时间由过 去的 ３ ０ ｍ ｉ ｎ左右缩短至几分或几十秒钟 ，热效率大幅提高至 ８ Ｏ ％ ～ ９ ０ ％ 左 右，助燃空气预 热温 度大 幅提高至 １ ０ ０ ０ ℃以上，而排出的烟 气温度可 降低至 ２ ０ ０ ℃以下，接近烟气 的露 点温度 。９ Ｏ年代末期该 技术 的逐步推广应用 ，蓄热式烧嘴的应用也越来越 多。 １蓄热式烧嘴燃烧系统 光亮 火焰 型蓄热式烧嘴 ，属低氮氧化物排放和高效燃烧的燃烧 器 。该烧嘴燃烧时可形成长 ４ ｍ ，直径为 １ ． ４ ｍ的火焰 ，如 图 ｌ 所示 。
蓄热式烧嘴的优点有哪些？
蓄热式烧嘴的优点有哪些？
什么是蓄热式烧嘴？
蓄热式烧嘴是一种在热处理行业中常用的烧嘴。
它能够在短时间内达到高温，因此可以被用来加热各种工件。
与其他类型的烧嘴相比，蓄热式烧嘴有一些独特的优点。
蓄热式烧嘴的优点
下面是一些使用蓄热式烧嘴的优点：
1. 加热速度快
蓄热式烧嘴可以在短时间内达到高温，因此能够快速加热工件。
这对于一些需要快速处理的行业非常重要，例如钢铁加工行业、高温处理行业等。
2. 加热均匀
蓄热式烧嘴能够加热工件的各个部位，因此可以实现加热均匀。
这对于一些对被加热工件的加热均匀度有严格要求的行业非常重要，如电子制造业。
3. 可以减少能源消耗
蓄热式烧嘴在加热时会将多余的热量蓄热下来，在下次加热开始时再次使用。
这样一来，可以减少能源的消耗，并提高能源的利用率。
4. 不会对被加热物品造成损害
蓄热式烧嘴的温度可以通过控制来调节，从而避免对被加热物品造成损害。
这对于一些对被加热物品有严格要求的行业非常重要，如化工行业。
5. 安全性高
蓄热式烧嘴的结构稳定可靠，使用过程中不会出现意外。
这可以保障操作人员的安全。
结论
综上所述，蓄热式烧嘴具有以下优点：加热速度快、加热均匀、可以减少能源消耗、不会对被加热物品造成损害、安全性高。
因此，它在热处理行业中具有广泛应用前景。
蓄热式烧嘴的介绍
淬火炉采用蓄热式高温空气燃烧技术HTAC（High Temperature Air Combustion），这是目前国内外开始流行的一种革命性的全新燃烧技术，它通过高效蓄热材料将助燃空气从室温预热至前所未有的800℃高温，同时大幅度降低Nox排放量，使排烟温度控制在露点以上、150℃以下范围内，最大限度地回收烟气余热，使炉内燃烧温度更趋均匀。
HTAC技术针对燃料种类或热值的不同，有单蓄热与双蓄热之分。
一般认为油类、高热值煤气及含焦油粉尘的热脏发生炉煤气则只需或只能采用助燃空气单蓄热方式；清洁的低热值燃料（高炉煤气、转炉煤气）可采用双蓄热方式。
例如熔铝炉的平均热效率不到20%，排烟热损失高达50%以上。
虽然大型熔铝炉安装了空气预热器，但由于技术、价格、寿命等原因，通常也只能将空气预热到300℃左右，节能率只有20%左右，仍有30%以上的热量随烟气排放到大气中去，排烟温度普遍在300℃以上。
采用蓄热式高温空气燃烧技术，不但克服了常规熔铝炉的缺点，将余热回收率提高到70%-90%，空气预热到800℃左右，烟气排放温度低于150℃，达到余热回收的极限，而且投资少，见效快。
蓄热式加热炉实质上是高效蓄热式换热器与常规加热炉的结合体，主要由加热炉炉体、蓄热室、换向系统以及燃料、供风和排烟系统构成。
蓄热室是蓄热式加热炉烟气余热回收的主体，它是填满蓄热体的室状空间，是烟气和空气流动通道的一部分。
在加热炉中，蓄热室总是成对使用，一台炉子可以用一对，也可以用几对，甚至几十对。
在国内的一些大型加热炉上，最多用到四十几对。
炉温更加均匀由于炉温分布均匀，加热质量大大改善，产品合格率大幅度提高。
燃料选择范围更大适合轻油、重油、天然气、液化石油气等各种燃料，尤其是对低热值的高炉煤气、发生炉煤气具有很好的预热助燃作用，扩展了燃料的应用范围。
铝熔化燃油单耗指标在60kg/t.A以内。
大幅度节能由于烟气经蓄热体后温度降低到150℃以下（特殊情况下可降至70～80℃），将烟气的绝大部分显热传给了助燃空气，做到了烟气余热的“极限回收”，因此，炉子燃料消耗量大幅度降低。
蓄热式烧嘴在加热炉上的应用
梅 钢３ 号加 热炉 采 用 Ｂ ＯＯＭ公 司的 １ ０ Ｌ ５ 系列 １ 光亮火 焰 型蓄热 式烧 嘴 ， 属低 氮氧 化 物排 放和 高效 燃烧 的燃 烧器 。 该烧 嘴 燃烧 时可形 成长 ４ 直 径 为 ｍ，
１４ ．ｍ的火 焰 ， 图１ 示 。 如 所
低 氧状 态 ， 时将 燃 料 输 送 到 气 流 中 ， 生 燃 烧 。 同 产
吴 亭 亭 （ ９ ９ ， ， 海 人 ， 士 学 历 ， 东理 工 大 学资 源 与 环 境 工 程 学 院 ， 教授 。 １ ６ 一） 女 上 硕 华 副
ＳＨＡＮ ＧＨＡＩ ＥＮＥＲＧＹ ｃＯ ＮＳＥ
删
。
ＲＡＯ Ｔ ３１ Ｖ！ Ｎ
节 能 工 程
当一对烧 嘴 中的一个在 燃烧 时 ， 生 的燃烧产 产
前 言
１ 梅 钢 加 热 炉 采 用 的 蓄 热 式 烧 嘴 燃 烧 系统
蓄 热 式 燃 烧 技 术 又 称 高 温 空 气 燃 烧 技 术 （ Ｔ Ｃ） Ｈ Ａ ，是 上世 纪 ８ 年 代 初 国 际上 兴 起 的 一 项 ０ 新型 燃 烧技 术 。它是 将高 温 空气 喷射入 炉 膛 ， 持 维
蓄热式低氮烧嘴蓄热式平焰烧嘴
蓄热式低氮烧嘴蓄热式平焰烧嘴蓄热式烧嘴（RCB）蓄热式烧嘴是⼀种通过蜂窝体从窑炉烟⽓中回收热量来预热空⽓以此达到交替燃烧均匀加热⽬的的烧嘴。
适⽤范围：蓄热式烧嘴主要应⽤于⼯业燃⽓加热领域，以低NOx排放，很⾼的燃烧热效率著称。
它是继⾃⾝预热式烧嘴后的⼜⼀⼤技术进步。
主要应⽤于：锻造炉、热处理炉、轧钢加热炉、封头加热炉、⾦属熔化炉和玻璃池窑等。
蓄热式烧嘴将换热系统与烧嘴相连后并安装在炉窑侧壁上，再通过换向滑阀，成对操作。
蓄热式烧嘴⼯作原理：⼀套蓄热式烧嘴系统⾄少包括两个烧嘴，两个蓄热器，⼀个热能回收系统以及相应的控制装置。
烧嘴和蓄热器可根据现场实际情况直接连接在⼀起或选择⽤耐⽕材料浇注的管道连接在⼀起。
当⼀个烧嘴利⽤蓄热器⾥的热空⽓进⾏燃烧时，另⼀个烧嘴起到排烟⼝的功能，利⽤抽烟风机抽出炉⼦⾥的热空⽓通过烧嘴到蓄热器⾥进⾏蓄热。
当热量蓄⾜后，换向阀动作，转换两个烧嘴的功能。
每当⼀个烧嘴在燃烧时，则另⼀个在帮助蓄热器蓄热。
在热交换中，管道中的废⽓温度通常不⾼于150，因⽽不管是蝶阀还是抽烟风机均能长期安全可靠的⼯作。
（2）蓄热体特点蓄热体采⽤陶瓷蜂窝体，其⽐表⾯积⼤，体积⼩，换热温度效率⾼，换向温度波动⼩；本系统所采⽤的蓄热体⽐表⾯积⾼达800~1000m²/m³，蜂窝体众多的⼩通孔将⽓流分割成很⼩的⽓流通道，⽓流在蓄热体中流过时，形成强烈的紊流区，有效地冲破了蓄热体表⾯的附⾯层，⼜由于蜂窝体内壁很薄，传热半径⼩、热阻⼩、密度⾼、导热性好，因此，⾼温烟⽓经蓄热体后在很短的⾏程内便可将烟⽓降⾄150左右排放。
温度效率⾼达85%以上，因此蓄热室体积⼤⼤缩⼩。
加之蜂窝体内通道布置均匀，烟⽓流动性能好，由于⽓流的反复冲刷，使蜂窝体内通道不易积灰，其阻⼒也⼩，约为⼩球蓄热体阻⼒的1/3。
蜂窝体很容易在线更换，⽣产连续性有保障。
选⽤⼤直径孔蜂窝体作为空⽓侧的蓄热体。
郑州中威环保设备有限公司设计的蓄热式烧嘴分类为：蓄热式直焰烧嘴、蓄热式平焰烧嘴。
蓄热式烧嘴堵塞原因分析
蜂 窝蓄 热式 烧嘴是 将 蓄热式技 术 和传统 的烧
嘴相 结 合 ，使 蓄 热 烧 嘴 具 有 预 热 空 气 （ 煤 或 气） 、组 织燃 烧及 排 烟 的功 能 。蜂 窝 蓄 热体 由于 具有 比表面 积大 、占地 面积小 、蓄热 能力强 等优 点 ，应 用 于 蓄 热 式 烧 嘴 中 ，作 为 烟 气 与 空 气 （ 或煤 气 ） 之 间交换 热量 的载 体 ，使 蓄 热 式加 热
同时间 的停 炉 。统计结果 表 明 ：每月有将 近半 月 的天数 存在较 长 的待轧 时间 ，由于蓄热加 热炉 的
Ｓ ｎ Ｗ ｅｑａ ｇ Ｌｕ Ｃ ａ ｇ ｅ ｇ Ｘｕ Ｄａ ｏ ｇ ＪａＺ ｅ ｕ ｉｉｎ ｉ ｈ ｎ ｐ ｎ ｙ ｎ ｉ ｈ ｎ
（ ｎ ａｇＳｅｌ ｏ ａｙＬｍ ｔ ） Ａ ｇｎ ｔ ｍｐｎ ｉ ｉ ｄ ｅＣ ｅ
Ａ ｓ ａｔ Ｓｕｙｎ ｅｐｏｌ ｆ ａｔｄｒ ｇｕｉｇｔｅｂ ｒｅ，ａａ ｚ ｇｔｅｍ ｔ ｉ ｎ ｅｓｎ ｂｔ ｃ ｔ ｉ ｔ ｒｂｅ ｏ ｎ ｕｉ ｓ ｕｎｒ ｎｌ ｉ ｈ ａ ｒ ａｄｒａｏ ｒ ｄ ｇｈ ｍｓ ｊ ｉ ｎ ｎ ｈ ｙｎ ｅａ ｌ
ｔ ｔ ａ ｓｄ ｔ ｕｎ ｒ ａｌ ｅｆ ｄｏ ｔ ｈ ａ ａ ａｏｄ ｅｂ ｒｅ ｊ Ｔ ｈ ｕ ｅ ｅ ｂ ｒｅ ｎ ｗ ｎ ｕ ｅｗ ｙｔ ｔ ｖ ｉｓ ｈ ｕ ｒ ａ １ ａｃ ｈ ｊ ｉ ｔ ｈ ｔ ｎ ｌ．
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ ｈ ｎ ｙ ｏ ｂ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｂ ｒ ｅ ｓｏｐ ｉ ｇ “ ｙ ｒ ｏ ｅ ｃ ｍ ｅ ｅ ｅ ａｉ ｖｅ ｕ ｎ ｒ ｔ ｐｎ Ｐ
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能 源
４ ３
Ｊｎ ２ １ ａ ． ０１
Ｅ ＲＧＹ Ｆ ＴＡ Ｕ ＮＥ ＯＲ ＭＥ Ｉ ＲＧＩ ＡＬ Ｉ ＵＳ Ｒ Ｌ Ｃ ＮＤ Ｔ Ｙ
蓄热式烧嘴钢包烘烤的传热分析
模 型 ，需 要有 几 个假设 ： （ ） 假 设 空 气 与 煤 气 燃 烧 后 ，燃 烧 产 物 以 １
膏
温度 ，充分利用烟气余 热，从 而达到节 能 的效 果。了解钢包 内的传热规律，对优化烘烤设备 ， 提高烘烤效率都有很重要的参考作用 。
１ 建 立物 理模 型
为了简化计算 ，钢包可以看作内部附有厚度 均匀耐火材料 的无缝无 孔的圆筒 ¨，空气被 蓄 热体加热后经烧嘴喷射入钢包 内，与煤气混合燃 烧， 燃烧的烟气沿钢包内壁流动 ，然后经另一烧 嘴排 出。建立 物理 模 型如 图 ｌ ，本文 建 立 的传 热
２ １ 钢 包 的热容 量 ．
图 ２ 烟 气和 空 气温度 随 时 间的变化
钢包 主要蓄 热材 料是 钢包 的耐火材 料 ，因此
求钢包热容量可以近似简化为求钢包耐火材料的 热 容量 。 耐火材料体积 ：
＝
ｈ（ （ 一 丌（ 一 ） ］ 孚 Ｄ ２）＋ Ｄ 日
钢包 外径 钢包 高度
Ｖｏ ＿ ６ Ｎｏ ４ ｌ２ ．
冶
金
能
源
Ｊ ｌ． ０ ７ ｕｙ ２ ０
Ｅ ＲＣ Ｆ Ｌ ＵＲＧＩ ＡＬ Ｉ ＮＥ ＯＲ ＭＥ ｎ Ｌ Ｃ ＮＤＵ Ｙ Ｓｎｔ
一
定速 度沿 钢包 内壁 表面匀 速运 动 ；
（ ） 钢包 内壁 到 钢 包 外 表 面 温 度 为 连 续 指 ２
数分布 ； （ ） 钢包 内每 一时 刻都 处于 热平衡 状 态 ； ３
（ ） 钢包 盖 下 表 面 温 度 与 钢 包 内壁 大 体 相 ４ 等；
赠
口
葵
呈
ｒ 茁 Biblioteka ｒ 骚 剞 （ ）蓄 热 体 内温 度 近 似 与时 间成 线 性 变 ５ 化 ，如 图 ２ 。
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原理： 首先烟气传递一定热量给蓄热小球，蓄热小球再把获得大部分热量传递给助燃空气，使空气获得较高的预热温度。
过程：首先是三通阀的烟气阀打开空气阀关闭（同时煤气阀已经关闭），通过排烟风机产生的负压抽力使炉膛内（炉膛内处于微正压）的高温烟气通过烧嘴进入蓄热箱，烟气所携带的热量传递给蓄热小球，一段时间后，烟气阀关闭空气阀打开（同时煤气阀打开），助燃风机鼓入的冷风穿过预热后的蓄热小球获得热量后在烧嘴与煤气混合进入炉膛燃烧。
为什么要进行预热？
燃料的理论燃烧温度：T 理
烟
烟不传分空燃低产V C Q -Q -Q -Q Q Q ++=T 1-1 烟烟分空燃低理V C Q -Q Q Q ++=
T 1-2 燃烧温度：燃料在实际情况下的产T
：燃料的低发热量低Q
热量：燃料通过预热获得的燃Q
热量：空气通过预热获得的空Q
分解消耗的热量：燃料在燃烧过程中的分Q
体的热量：燃烧产物传给周围物传Q
量损失：燃料不完全燃烧的能不Q
：单位燃烧产物的体积产V
：燃烧产物的比热容产C
公式：1-1为燃料在实际情况下燃烧温度计算，通过公式我们可以看到Q 传和Q 不这两个参数对于不同的加热炉是很难确定的。
所以我们假设燃料在绝热系统中燃烧（Q 传=0），并且完全燃烧（Q 不=0），所以得出公式：1-2，也就是理论燃烧温度的计算公式。
根据碳氢化合物燃料燃烧产物的热分解程度：（见下表）
2250的加热炉炉温一般不会超过C o
1300，所以1-2的Q 分也可忽略不计，得到 烟烟空燃低理V C Q Q Q ++=T 1-3
空空空空T C V =Q
所以空气的预热温度越高对理论燃烧温度的提高是成正比的。
以上讨论的均是烧嘴以蓄热模式的加热方式，蓄热烧嘴也可以像普通烧嘴一样进行常规燃烧和其他烧嘴不具有的空转模式。
这里常规模式不做讨论，只是对空转模式阐述个人观点：
空转模式即煤气阀关闭，空气阀和烟气阀等间隔开闭，下面我们取加热炉的某一段进行简单的分析：
物料平衡：11
-++=+x
s x a V V V V 假设：x V 不变
管路沿程损失计算：
g u K d l h w 22
⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∑λ。