高温空气燃烧技术的节能环保效益

合集下载

基于降低氮氧化物排放量的加热炉低氮燃烧器的改造

基于降低氮氧化物排放量的加热炉低氮燃烧器的改造随着环保意识的逐渐增强，对空气质量的关注度不断提高，对于工业领域来说，降低氮氧化物（NOx）的排放已经成为一项重要任务。

加热炉是工业生产中常见的设备，然而在燃烧过程中会产生大量的氮氧化物排放，给环境带来严重的污染。

为了解决这一问题，科技人员在加热炉上进行了低氮燃烧器的改造，以降低氮氧化物的排放量，保护环境和人类健康。

一、低氮燃烧器的必要性加热炉在燃烧过程中产生的氮氧化物主要来源于高温下氧氮反应所形成的NOx。

NOx是一种有害的气体，对人类健康、植物生长和大气环境都有着严重的危害。

降低加热炉的排放氮氧化物成为了一项迫切的任务。

低氮燃烧器的应用可以有效地减少NOx的排放，提高加热炉的环保性能，为环境保护事业作出积极的贡献。

低氮燃烧器是通过优化燃烧过程，控制气体混合和燃烧温度，在不影响炉内产量和产能的基础上减少废气中的氮氧化物排放。

燃烧器的改造主要包括以下几个方面：1. 空气预混技术：通过预混燃烧，使燃料和空气在燃烧器内充分混合，减少燃烧温度，从而降低NOx的生成量。

2. 二次空气技术：在燃烧器的二次燃烧区域加入适量的二次空气，可以使未完全燃烧的燃料得到充分燃烧，减少NOx的排放。

3. 燃烧器结构优化：通过设计合理的燃烧器结构，增加燃烧器的混合程度，降低燃料在燃烧过程中的温度峰值，减少NOx的生成。

4. 控制系统优化：通过智能化控制系统的应用，实时监测和调节燃烧过程中的氧气和燃料比例，以确保燃烧效率的提高，减少NOx的生成。

通过以上几点改造，可以将传统的加热炉燃烧器改造成低氮燃烧器，有效降低氮氧化物的排放，实现环保和节能的双重目标。

在中国，各个行业对低氮燃烧器的需求日益增加，工业炉、燃气锅炉、生活燃气热水器等设备的改造已经得到了广泛的推广。

以钢铁行业为例，钢铁生产企业是重要的NOx排放来源，加热炉和燃气锅炉的低氮燃烧器改造已成为行业标准。

通过对一家钢铁企业的加热炉低氮燃烧器改造案例的调研，可以看出，企业在进行燃烧器改造的过程中，首先进行了现场燃烧情况的分析，确定了套用低氮燃烧器的必要性。

二种新型节能环保型镀锌炉

众所周知，电加热和燃气镀锌炉具有加热均匀性好、操作方便、维修简便、可自动控温、控温精度
高和无环境污染等优点，但其燃料成本高。燃煤镀锌炉的主要缺点是热效率低、炉体温度均匀性差、
纪９年代以来，在欧、美、日等发达家重点推广０的全新刮燃烧技术，该技术的特点是高余热回收、
总第１８２期
２０年第２０２期
河北冶全
ＨＥＢＥｌＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
ＴｏａＩＩ８ｔ２２０２，Ｎｕｂｒ２０ｍｃ
二种新型节能环保型镀锌炉
陈冬，李金标，李玉超，金向雷
（Ｊ省冶金研究院．ｊＩ家庄００３）ｆ此ｌｆ．ＩＬ￣石５０１
ＡｂｔａｔＴｗｏｋｎｓｏｉｃｐａｉｇｆｒａｅａｅｉｔｏｕｅ：ｎｅｔａｃｍｕａｉｇｇｓｂｒｉｇｏｉｂｒｉｇｓｒｃ：ｉｄｆｎ・ｌｔｕｎｃｒｒｄｃｄｏｅｉｈａ — ｃｕｌｔａ・ｕｎｎｒｏｌｕｎｎｚｎｎｓｎ・ｆｒａｅｕｉｇｈｇ —ｅｅａｕｅａｒｂｒｉｇｔｃｎｑｅｎｔｅｅｄｒｔｂｒｉｇｂｄ — ｏｎｃｅａｅｔｎｕｎｃｓｎｉｈｔｍｐｒｔｒｉｕｎｅｈｉｕ；ａｏｈｒｎｗｉ・ｕｎｎｏｙｃｎｅｔｄｇｈａｉｇｎｃｅｓｕｎｃｔｃａｏｅａｆｅ．ｅｗａｅｈａｃｖｒａｅｏｅｆｒｒｃｌｅｃ０９ｅｃｎｄｉａｆｒａｅｗｉｏｌｒｃｋｕ１Ｔｈｓｔｅｔｅｏｅｙｒｔｆｈｏｍｅａｌｒａｈ７・０ｐｒｅｔｎｔｃｎｈｏｓｒｔａｓｖａｒｌｂＯ５ｅｃｎ．ｈａｅａｌａｅｃａｙ２ｒｅｔａｄｍｅｔｔｅｄｍａｄｏｎｉｎｎａｅｇｏｙ３・０ｐｒｅｔＴｅｌｔｒｃｌｓｖｏｌ０ｐｃｎｅｈｅｎｆｅｖｒｍｅｔｓｏｉｔｂｅｎｏ

富氧燃烧技术方案_解释说明以及概述

富氧燃烧技术方案解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本篇长文旨在介绍富氧燃烧技术方案。

燃烧过程作为能源利用的核心，其效率对于节能减排至关重要。

传统的燃烧技术在能源利用效率和环境保护方面存在一定局限性，而富氧燃烧技术则被认为是一种有效的解决方案。

它通过提高空气中氧气含量来改善燃烧质量，从而提高能源利用效率和减少污染物排放。

1.2 文章结构本文分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分将对文章进行概括和介绍；其次，详细解释说明了富氧燃烧技术的定义、原理和机制以及与传统燃烧技术的比较；接下来，给出了富氧燃烧技术方案的详细实施步骤，包括富氧供应系统设计和优化、燃料预处理和配比要点以及炉膛结构和关键参数控制；然后，展望了富氧燃烧技术在能源利用领域的应用前景，包括电力行业中的应用前景分析、工业生产过程中的潜在应用价值与挑战分析以及环境保护中富氧燃烧技术的作用分析；最后，总结了全文内容并提出结论。

1.3 目的本文的目的是深入探讨富氧燃烧技术方案，并对其原理、实施步骤和应用前景进行解释说明。

通过本文的阐述，读者将能够全面了解富氧燃烧技术的优势和特点，以及它在能源利用和环境保护领域所带来的重要意义。

2. 富氧燃烧技术方案解释说明2.1 富氧燃烧的定义富氧燃烧是一种先进的燃烧技术，其主要思想是在燃料与空气混合时增加氧气浓度，从而达到更高效、更环保的燃烧过程。

相比于传统的空气燃烧，富氧燃烧可以获得更高的火焰温度和更低的污染排放。

2.2 富氧燃烧的原理和机制富氧燃烧利用高浓度的氧气替代部分空气参与反应，从而实现高温、快速且均匀地将废弃物或能源转化为有用的产品或能源。

通过提供足够的可用氧供给给予反应完全进行，并且减少依赖于彼此之间扩散来增进反应率。

这样可以提高反应速度、改善火焰稳定性并降低排放物生成。

2.3 富氧燃烧与传统空气燃烧行业技术的比较与传统空气预混型和分级专用燃烧器相比，富氧燃烧具有以下优势：a. 高效能：富氧燃烧可以提高功率密度和燃料利用率，通过提升反应速率和热效率来改善能源转化效果。

浅谈飞灰熔融使用纯氧燃烧技术的发展前景

浅谈飞灰熔融使用纯氧燃烧技术的发展前景飞灰熔融技术是一种将飞灰进行熔融处理的技术，通过加热和熔融处理，将飞灰中的有害物质转化为稳定的玻璃状物质，从而实现飞灰资源化和无害化处理。

随着燃煤行业的不断发展，飞灰的产生量也在不断增加，如何有效处理飞灰成为一个迫切需要解决的问题。

而纯氧燃烧技术，则是目前处理飞灰的一种新兴技术，具有广阔的发展前景。

首先，纯氧燃烧技术具有高效处理飞灰的优势。

传统的燃煤发电厂采用的是空气燃烧技术，其中氮气占据了空气的大部分成分，而纯氧燃烧技术则是利用纯氧气作为燃烧气体。

纯氧燃烧技术可以将氮气排除在外，使燃烧过程中生成的氮氧化物排放量大大降低。

此外，纯氧燃烧技术还可以提高燃烧效率，使燃煤发电厂的能效更高，降低燃煤消耗量，减少飞灰的产生。

其次，纯氧燃烧技术可以有效减少飞灰中有害物质的生成。

飞灰中的有害物质主要包括重金属元素和有机物等，这些物质对环境和人体健康都有一定的危害。

纯氧燃烧技术可以通过控制燃烧过程中的温度、压力和氧煤比等参数，减少有害物质的生成。

此外，纯氧燃烧技术还可以实现对有害物质的高效分离，将其转化为稳定的玻璃状物质，从而实现对飞灰的无害化处理。

再次，纯氧燃烧技术具有良好的经济效益。

传统的飞灰处理方法主要是通过填埋和堆放等传统方式进行处理，而这些方法不仅造成土地资源的浪费，还会对环境造成二次污染。

相比之下，纯氧燃烧技术可以将飞灰转化为有用的资源，如制备水泥、建筑材料等，从而实现了资源的循环利用，同时也减少了用于处理飞灰的成本。

最后，纯氧燃烧技术符合可持续发展的要求。

近年来，全球各国都在积极推行低碳经济发展模式，发展清洁能源和节能环保技术，以应对气候变化等环境问题。

纯氧燃烧技术作为一种清洁能源技术，不仅能够有效减少温室气体排放，还能够实现对飞灰的资源化利用，符合可持续发展的要求。

总之，飞灰熔融使用纯氧燃烧技术具有广阔的发展前景。

纯氧燃烧技术能够高效处理飞灰，减少有害物质的生成，具有良好的经济效益，并且符合可持续发展的要求。

蓄热燃烧技术的应用

蓄热燃烧技术的应用蓄热燃烧技术是基于蓄热室的概念回收废气的余热，实现余热极限回收和助燃空气的高温预热，达到节能效果。

蓄热室最早发明于1858年，主要用在玻璃熔炉、平炉、熔铝炉等工业路上。

自20世纪70年代能源危机后，节能降耗得到各个国家的重视，蓄热式燃烧技术由于能够最大限度地回收出炉烟气的热量，大幅度地节约燃料、降低成本，同时还能减少CO2和NO x的排放量。

因此，该技术在国际上被称为二十一世纪的关键技术之一。

1.蓄热式燃烧器九十年代至今, 美、日、英等国开发出蓄热式燃烧器，并不断加以发展完善，实现了高效节能与低污染排放，现已成功地应用于加热炉、热处理炉、锻造炉等工业炉上。

蓄热式燃烧器是一种集燃烧器、换热器、排烟功能为一体的新型燃烧器，主要通过蓄热体，利用烟气热量将空气预热至高温，很大地提高热能利用率；同时又采用了分级燃烧和烟气回流技术，减少了燃烧污染的排放量。

蓄热式燃烧器主要有陶瓷蓄热室、燃料喷口、高温空气喷口、绝热管道、换向阀等组成。

燃烧器喷口既是火焰入口又是烟气排出口。

蓄热室大多紧靠在燃烧器上，蓄热体材料的主要成分是氧化铝，一般采用直径为十几毫米的陶瓷球。

近来已发展采用蜂窝陶瓷体作为蓄热体，蜂窝陶瓷蓄热体比陶瓷球蓄热体具有更大的比表面，蓄热效率更高。

蓄热式燃烧器必须成对安装，两个为一组。

其中包括两个相同的燃烧器，两个蓄热器、一套换向阀门和配套控制系统。

如图1所示。

A烧嘴工作时，燃料和空气由A 烧嘴喷入,燃烧生成的火焰加热物料，高温烟气进入B烧嘴，并通过辐射、对流传热将热量传给蓄热体，烟气温度降低到200℃以下经过换向阀排出。

然后换向工作，冷空气通过B烧嘴的蓄热室后，已含热量的蓄热体再以对流换热为主的方式将空气预热至高温(一般空气预热温度与排烟入口温度仅差50～150 ℃)，而使传热蓄热体被冷却。

换向阀一般以30～200s的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，周而复始地运行。

蓄热燃烧技术

19
炉子产量提高
炉膛温度的均匀性加强了炉内传热，导致同样产量的工业炉和锅炉其炉膛尺寸可以缩小20% 以上，换句话说，同样长度的炉子产量可以提高20%以上，大大降低了设备的造价。
2020/9/15
20
3 历史发展概况
在二十世纪七十年代以前，余热都没有得到充分的利用，炉子系统的排烟损失很大。
七十年代起，采用回收烟气显热的技术（换热器），排烟温度降低，入炉气体温度提高。缺点是NOX排放增加，保温材料和控制技术没有发展的余地。
热温度非常高的情况下，NOx含量却大大减少了。
2020/9/15
14
低热值燃料得到有效利用
低热值燃料可用于钢坯加热等
t炉 f (t理 , t金，t废）
t炉 t理
→ 1
室状炉 0.65 ~ 0.7 连续炉 0.7 ~ 0.75
2020/9/15
15
极限余热回收
传统的预热技术：预热温度<600 ℃ 燃料节约 25-30%
7
蓄热体材质和尺寸
蓄热体材质要求：
蓄热体尺寸要求：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
耐高温、良好传热性能、抗热震性好、强度高；
材质的透热深度、单位体积的表面积和结构强度要好；
尺寸过大，会使蓄热室体积庞大，换向时间长；尺寸过小，会使换向时间缩短得很短，电气和机械设备都不能适应，换向的损失也随之增大，还会使蓄热体在气流的作用下漂浮起来，破坏稳定状态。
2020/9/15
5
蓄热式燃烧系统的构成
燃烧器形状
蓄热体材质
尺寸换向阀
控制系统
2020/9/15
6
蓄热燃烧关键部件--蓄热体
2020/9/15

富氧燃烧技术节能机理

富氧燃烧技术节能机理传统上的燃烧过程大都基于空气为氧化剂来源的热工过程，现有热工测算体系也仅限于此普通空气助燃体系，因此，千万别以传统的眼光、传统的测算体系来妄加评测富氧燃烧！富氧燃烧作为一种基于富氧为氧化剂来源的全新的燃烧过程，其节能机理总结如下：一、以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧助燃而强化了燃料的燃烧通俗的说，富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽，最大可能的、充分的释放出了所有的热量，提高了燃料的燃烬率！关于富氧在燃烧过程中到底起到何种作用，从分析煤炭燃烧过程可知：富氧空气加强了煤炭的活性，提高燃烧的强度，在燃烧过程中起到了积极的作用，下面是助燃空气中氧气含量变化对燃烧影响的分析：在炭粒燃烧反应过程中，氧浓度（或者说氧分压）决定了碳粒的燃烧反应速度，要加快燃烧速度，应当设法增加碳粒表面氧的浓度，富氧助燃就起到了这个效果，使得碳粒的燃烧速度加快，燃烧温度增高，在较短的时间内迅速燃尽，尽量释放出所有的热量。

下图是煤粉在不同氧的体积分数下的实验所得 DTG 曲线，其中，氧的体积分数Ф（O）的增加使得试样的 DTG 曲线向低温区移动,也就是着火温度降低，且最大质量损失速率随着氧的体积分数的增加而增大,说明煤的活性随着氧的体积分数的增大得到增强煤在不同氧的体积分数下的 DTG 曲线煤样燃烧的平均质量损失率也随氧的体积分数的增加而增大,说明随着氧的体积分数的增加，煤从开始燃烧到燃尽所需的燃烧时间缩短，煤中易燃物质整体燃烧速率得到提高，此外，随着氧的体积分数的增大，燃烧曲线的后部尾端变陡,即煤的燃尽率也得以提高。

二、以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境而减少燃料的热损失，节约了燃料富氧环境下燃料的燃烧温度将有很大的变化，以煤炭为例对富氧环境下燃煤的火焰温度进行分析：富氧空气扩散火用是指相对于同状态下普通空气为基准时所具有的火用。

当富氧浓度达到27%时，对比普通空气（含氧浓度21%），燃烧温度上升了295℃，每公斤燃料减少火用损失746KJ，相当于节约5.5%的燃料，如果富氧浓度达到30%，燃烧温度上升了438℃，减少火用损失1031kJ，相当于节约7.6%的燃料综上述分析可知：煤炭的低发热值越高，在同等的富氧率情况下，火用损失就越少，富氧燃烧节煤率也就越高，尽管实际工程应用时略有误差，结合炉窑工况的燃烧温度提高幅度也不尽相同，但显然这些都抹杀不了富氧燃烧卓越的节能效果三、以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境有效的提高了燃烧系统的升温速率而节能由台湾工研院吴国光、焦鸿文、张育诚等多位博士所做的21%～30%富氧燃烧实验中所载，以燃烧后废气排放维持在5%、炉膛温度1200℃、固定瓦斯流量30.5m3/hr为测试点，到达1200℃累计所用时间定义为升温时间，由下图可明显的看出，在相同的燃烧条件下，因进风空气的氧气浓度升高，升温速度快了！下图为相同燃烧条件含氧浓度不同的锅炉升温速度图标据上图，氧气浓度到达升温目标温度所需时间分别为 :氧气纯度21% 24% 26% 28% 30%升温秒数11396 9209 8624 7688 7330由此可知，与普通空气作为氧化剂的燃烧系统比较，在含氧24%的富氧环境下的富氧燃烧系统，同样以燃烧后废气排放维持在5%、炉膛温度1200℃、固定瓦斯流量30.5m3/hr为测试点，到达1200℃累计所用时间也即升温时间自11396秒缩短到9209秒！（11396-9209）/11396*100%=19%！节能效果不言而喻!四、对可适当提高工艺温度的燃烧系统来说，因富氧环境可有效的提高炉内火焰温度，有效的改善了炉内火焰的热传递效率，显著节能！依工业炉节能技术手册实验数据显示:氧浓度于21%时，火焰温度1420℃，当氧浓度提升至23%时，火焰温度提升至1700℃，火焰温度提升280℃，下表为火焰温度与富氧空气中的氧浓度之间关系，摘录自《工业炉节能技术手册》：火焰温度o C空气过剩系数21% 23% 25% 27% 29% 31%1.0 2,120 2,250 2,350 2,400 2,415 2,4251.2 1,800 2,000 2,150 2,270 2,350 2,3801.5 1,420 1,700 1,900 2,080 2,200 2,280氧浓度(%) 21% 23%火焰温度(℃) 1420℃1700℃炉膛温度(℃) 800℃950℃依上表数据显示：1.富氧火焰温度增加，可提升炉膛内温度，使得炉膛内受热截面积受热温差大，热交换率提升，火焰温度增加，预计 23%富氧空气，富氧燃烧可降低碳的燃点，燃烧完全而强烈，火焰充满度好，提高了炉膛的整体温度，一个物体向周围辐射的热与该物体的绝对温度的四次方成正比，水冷壁获得辐射能量将大大提高，炉窑整体热效率也将得以提高，锅炉炉膛温度增加(800℃→950℃)，依上述条件，23%富氧空气约可提升20%的热传导效率！节能可达10%。

高温空气燃烧技术在蓄热式燃气辐射管中的应用

烟气余热回收，热效率只有３０％一４０％；如果使用蓄热体回收烟气余热，气温度每降低１０ｃ，效率烟０【热＝
则可提高４５％左右，蓄热体换热后，烟温度一．经排般能降低至２０—３０ｃ，效率则可提高到８００【热＝０％一９％左右。再者，气的发热值越高，烧越完全，０燃燃热效率也就越高。辐射管表面温度分布均匀性，常用加热不均匀通
维普资讯
第３６卷
第２期
有色金属加工
ＮＯＮＦＲＲＯＵＳＭＥＡＬＰＲＯＣＥＳＩＥＴＳＳＮＧ
ＶＯＩ３．６ＮＯ．２Ａｒ２７００
２００７年４月
高温空气燃烧技术在蓄热式燃气辐射管中的应用
稳定地工作。
衡量燃气辐射管使用性能的主要参数是辐射管热效率和管壁表面温度分布均匀性。蓄热式燃气辐
１蓄热式燃气辐射管的工作原理和性
能参数
蓄热式燃气辐射管的结构如图１所示。冷空气经Ａ烧嘴的蓄热体加热，燃气混合燃烧（作）辐与工，射管中的高温烟气经不工作的Ｂ烧嘴蓄热体加热由烟道排出；经过一段时间，Ｂ烧嘴蓄热体达到要求温度后，变辐射管中气体的流动方向，改Ｂ烧嘴燃烧，Ａ烧嘴排烟。冷空气和高温烟气如此交替地流经Ａ、Ｂ烧嘴，通过蓄热体交替蓄热、放热，助燃空气可预热至接近辐射管管壁的温度，气温度可降至近２０ｃ以烟５【＝下，实现了烟气热量的充分回收。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

高温空气燃烧技术的节能环保效益
作者：北京神雾热能技术公司谢民萧琦
摘要：本文介绍了高温空气燃烧技术的发展历程和该技
术在节能、环保方面的特征。以目前冶金行业部分应用高
温空气燃烧技术企业的实际效果为依据，提出在我国应用该项技术具有巨大的节能和环保效益。
关键词：高温空气燃烧技术蓄热式烧嘴节能环保

1 前言
随着工业的迅速发展和人口的不断增长，能源和环境问题成为倍受国人瞩目的两大问题。目前全国的能源
有90%以上来自燃烧化石燃料（煤、石油和天然气）所释放的能量。化石燃料在全国的储量是有限的，我
们需要开发新能源，而当前更重要的是现有能源的合理利用。相应地，全国70%以上的污染物也来自化石
燃料的燃烧产物，如二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、未燃
碳氢化合物（UHC）和烟尘。二氧化碳、一氧化氮（CO）和甲烷（CH4）是温室气体，引起全球气候恶化；
一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、部分未燃碳氢化合物和烟尘可直接对人体和动植物产生危害；大气中的
二氧化硫和氮氧化物会产生酸雨，对建筑物和各种材料也会产生直接腐蚀。因此，在我国实施经济可持续
性发展战略的关键时期，研究和应用节约能源、提高能源利用效率、减少污染物排放的燃烧技术成为我国
工业界的当务之急。

高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion）是二十世纪八十年代后期发展起来的一种燃烧技
术，它的特征是烟气热量被最大限度地回收，助燃空气被预热到1000℃以上，燃料在低氧浓度下燃烧。高
温空气燃烧技术可以实现燃料化学能的高效利用和有效控制燃烧主要污染物氮氧化物，是非常适合在我国
工业界应用推广的技术，为缓解我国的能源紧缺、改善自然环境提供了切实可行的方法。

2 高温空气燃烧技术的发展历程
最早的炉子，烟气中的热量无法回收利用，高温烟气带走燃料中70～80%的能量，而炉子的热效率只有20～
30%。到了二十世纪中期，国内外开始采用在烟道上安装空气预热器的方法来回收烟气中的热量；经过半
个世纪的发展和完善，排烟温度大幅度下降，炉子的热效率提高到50%左右。尽管如此，烟气仍然带走燃
料中40～50%的能量；而且空气预热器使用寿命有限，维修困难。

使用蓄热室回收烟气的热量不能算一项新技术；在十九世纪末期英国已经有人采用，我国平炉炼刚用过的
格子砖也是一例。当时的蓄热室体积庞大，而且加热空气的效果并不十分理想，因此没有得到广泛应用。
进入二十世纪八十年代以后，由于材料科学的飞速发展，在欧洲开发出一种陶瓷球蓄热材料。这种陶瓷球
热导率高，比热容大，耐高温；以陶瓷球作为蓄热体吸收烟气热量，空气可以很稳定地预热到1000℃以上。
由于蓄热燃烧技术节能效益显著，因此在英国、美国得到应用。然而当时的蓄热燃烧技术并不是真正意义
上的高温空气燃烧技术。燃烧产物中NOX的浓度是和燃烧温度成指数关系变化的；一味提高空气预热温度
而不采取有效措施抑制NOX的生成，会引起NOX排放的急剧增加。蓄热燃烧技术在节能和环保两方面的
矛盾限制了蓄热燃烧技术的推广。

高温空气燃烧技术是田中良一等人在二十世纪八十年代末期提出的；九十年代初期，在日本政府资助下，
由日本一些企业和研究所共同开发完成。田中良一领导的研究小组以陶瓷蜂窝体作蓄热体，预热空气的温
度仅比炉温低50～100℃；同时，在燃烧区将助燃空气的氧含量由21%降到2～4%，解决了高温空气燃烧
下高NOX排放问题。使用高温空气燃烧技术，排烟温度低于150℃，低温烟气带走的能量只占燃料化学能
的10%左右，炉子的热效率接近90%。

3 高温空气燃烧技术的节能环保特征
使用高温空气燃烧技术的加热炉示意图如图1所示。常温空气流经换向阀进入蓄热室A，在经过蓄热体（陶
瓷小球或蜂窝体）时被加热，在短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度；高温空气进入炉膛后，卷吸周
围炉内的烟气形成含氧量低于21%的低氧高温气流，同时向这股气流中注入燃料油或气，使燃料在低氧状
态下燃烧；炉膛内燃烧后的烟气流经蓄热室B和换向阀排入大气，高温烟气在经过蓄热体时将热量储存在
蓄热体内，温度降低至150℃以下。工作温度不高的换向阀以一定的周期（一般为30～180秒）进行切换，
使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态。

图1 应用高温空气燃烧技术的加热炉原理图
为了有效地抑制NOX的生成，在燃烧组织和烧嘴设计时还应该采取一些针对性的措施，如燃料直接喷射、
分级燃烧、浓淡燃烧和强制烟气再循环等方法。蓄热式烧嘴一般配备有长明灯；将长明灯安装在主烧嘴上
游，使长明灯的烟气完全进入主烧嘴燃烧区，相当于分级燃烧。对于空气单预热的烧嘴，适当提高煤气射
流的速度，增强煤气对烟气的卷吸作用，可使烟气在炉内再循环。空气、煤气双预热的烧嘴，可组织部分
区域贫燃料燃烧、部分区域富燃料燃烧，即所谓浓淡燃烧。在喷嘴设计中，使空气和煤气射流有一定夹角，
空气煤气逐步混合，一方面可调节火焰长度，另一方面可提高温度场均匀性、避免局部高温。对于部分蓄
热式燃烧装置，如蓄热式辐射管，可以增加烟气循环管路，强制部分烟气在燃烧器内再循环。北京神雾热
能技术有限公司设计的蓄热式烧嘴已经采用了以上方法；实践证明以上方法在抑制NOX生成方面有一定效
果。

高温空气燃烧技术因降低排烟温度，燃料能量利用率接近90%，与烟气不回收的炉子相比可节能60%，减
少温室气体CO2排放60%，与常规的烟气回收的炉子相比也可节能30～40%，减少温室气体CO2排放
30～40%。高温空气燃烧技术采用低氧燃烧和其它一些抑制NOX生成的措施，NOX排放浓度降至100ppm
以下（目前国家标准为400mg/m3，换算成NO2为195ppm）。采用高温空气燃烧技术的炉子还有其他一
些优点：在高温加热炉中可以使用低热值燃料（如高炉煤气）；炉内温度场均匀，被加热产品质量提高；
相同生产率的炉子尺寸减少。

4 我国应用高温空气燃烧技术的效益
二十世纪九十年代至今，高温空气燃烧技术已经在日本冶金行业得到广泛推广应用。以日本NKK钢管公司
福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉为例，1996年采用高温空气燃烧技术后，吨钢能耗减少25%（见表1）。

表1 福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉技术参数

北京神雾热能技术有限公司近几年一直致力于在国内冶金行业推广和应用高温空气燃烧技术，到目前为止
已经成功设计和建造了20多台应用蓄热式烧嘴的各种形式的加热炉。表2列出神雾公司设计的部分加热炉
的技术参数。从以上数据可以看到，所有应用高温空气燃烧技术改造后的加热炉，单位产量能耗都有大幅
度下降；其中轧钢加热炉的平均单位产量能耗下降37%。

表2 神雾公司设计的部分加热炉的技术参数
目前我国每年生产钢铁的产量超过一亿吨；全国冶金行业的加热炉超过一千座，轧钢加热炉的平均单位产
量能耗为1.76GJ/吨钢。如果其中80%的加热炉能使用高温空气燃烧技术进行改造，达到平均节能25%的
水平，按我国钢铁行业每年加热钢材一亿吨计算，仅此一项全国每年节约的能量为120万吨标准煤。对于
其它燃烧效率更低的加热炉，如果使用高温空气燃烧技术进行改造，节能潜力更加可观。一些常规条件下
难于燃烧的低热值煤气，以前只能排空放散，既污染大气又浪费能源。高温空气燃烧技术可以使这部分低
热值燃料得到充分利用，变废为宝。

使用高温空气燃烧技术除了经济效益非常明显以外，环保效益更加显著。由于提高热效率，燃料减少25%，
相应的各种燃烧产物如CO2也减少25%；燃烧过程在高温低氧条件下进行，不但含CO2和NOX烟气的
排放体积减少，而且排放浓度也有所降低，总排放量大幅度减少。烟气中的显热回收后，排烟温度大幅度
降低（低于150℃），减少热污染。低热值燃料的利用，还减少排空放散对大气的污染。

5 结论
高温空气燃烧技术是一项高效低污染的燃烧技术，如果在工业生产中应用，将具有巨大的经济和环保效益。
从近年的工业规模应用情况来看，也遇到了一些问题；随着技术的推广，各种问题不断得到解决，高温空
气燃烧技术不断得到完善。由于其巨大的节能潜力和环保效益，高温空气燃烧技术适合我国的经济可持续
发展战略，一定会在我国得到广泛应用。

参考文献
1 萧泽强,吉川邦夫.高温空气燃烧新技术讲座.北京:中国科学技术协会工程学会,1999,10 (end)