张建军，肖睿１，邹得球，徐今强，冯自平
（1中国科学院广州能源研究所，广州 510640 2 中国科学院研究生院，北京 100049）
（电话：020-87059478, Email: zhangjj@ms.giec.ac.cn）
摘 要：
介绍了自蓄热高温空气燃烧技术的原理与优点,提出一种能实现连续稳定燃烧的自蓄热式高温空气燃烧器制作方案。探讨了连续式自蓄热燃烧技术在玻璃行业应用的可能性。
关键词：自蓄热 高温空气燃烧 玻璃行业应用探讨
1. 引言
高温空气燃烧 (High Temperature Air Combustion 简称HTAC) 技术是具有节能减排双重优点的先进燃烧技术[1]。在冶金、钢铁、机械、化工和陶瓷领域，HTAC 技术得到广泛应用，给企业与社会带来了巨大的经济效益与社会效益。HTAC 系统在钢铁行业中多采用切换式蓄热燃烧系统，如各种形式的热处理炉和钢包烘烤燃烧系统等。这种形式的蓄热燃烧方式在工作过程中频繁的风向切换造成炉温、炉膛压力的波动,换向瞬间燃烧不连续[2]。因此国内外不少学者在探讨实现连续燃烧的高温空气蓄热燃烧的方案。有些方案已经开始应用在熔铝炉等工业炉。本文介绍了一种可实现连续燃烧的蓄热式高温空
气燃烧技术方案，并以此技术为基础开发出了可连续燃烧的自蓄热高温空气燃烧器。如在玻璃窑上采用自蓄热高温空气燃烧器后，整个装置的热效率得到提高，理论燃烧温度得到提高，排烟中NOX 的排放浓度降低。如果与富氧或全氧燃烧相结合，节能效果更加明显。
2 连续式HTAC 技术
2.1 连续式HTAC 技术的原理
能实现连续燃烧的高温空气燃烧技术方案原理如图1 和图2，该套系统由助燃空气喷管、高温烟气排放管、换向阀、蓄热体、风机与控制系统组成。图1 所示为连续式蓄热燃烧系统的初始工作状态。在这种工作状态下,炉内的高温烟气经过蓄热室A 和蓄热体D, 蓄热室A 和蓄热体D 内蓄热体被加热,同时高温烟气被冷却到200℃以下经低温换向阀1 和2 后经引风机排出,烟气的显热被蓄热室A 和蓄热体D 内蓄热体吸收并贮存；常温空气经过高温蓄热体B 和蓄热体C 后被预热为高温助燃空气，同时蓄热体B 和蓄热体C 被冷却, 高温助燃空气喷入炉内与燃气混合后进行燃烧。
四分之一℃周期后换向阀1 换向,系统进入第二种工作状态，如图２所示。在阀1换向过程中，阀2 保持不动，此时蓄热体B 连续向炉内喷入高温空气，换向结束后，通过蓄热体A 和B 同时向炉内喷高温空气与燃气进行燃烧，高温烟气从蓄热体C 和D 排出。
四分之二周期后换向阀2 换向,系统进入第三种工作状态。在阀2 换向过程中，阀1保持不动，此时蓄热体A 连续向炉内喷入高温空气，换向结束后，通过蓄热体A 和D 同时向炉内喷高温空气与燃气进行燃烧，高温烟气从蓄热体B 和C 排出。四分之三周期后换向阀1 换向,系统进入第四种工作状态。在阀1 换向过程中，阀2 保持不动，此时蓄热体B 连续向炉内喷入高温空气，换向结束后，通过蓄热体B 和C 同时向炉内喷高温空气与燃气进行燃烧，高温烟气从蓄热体A 和D 排出。从图1 到图2 的分析可以看出，燃气不再需要频繁的通断，从而提高了燃烧效率，减少了控制燃气的很多阀门，增加了安
全系数。采在高温助燃空气管道上可以接一个燃烧器，也可以根据实际需要，接多个燃烧器，不受单复数的限制。
通过两对蓄热体、两个四通换向阀的组合就可以得到连续稳定的高温空气，只要持续供应燃气，便可以得到连续的蓄热式燃烧方式。实际应用中可以将蓄热室分成几个小的蓄热室,这样可以减小一个蓄热室出现问题而影响整个生产的可能性，也可以做成蓄热模块，便于蓄热体的更换。为了延长蓄热体的寿命，可以选择金属－陶瓷蓄热体作为蓄热材料[3]
2.2 连续式HTAC 技术的优点
连续式蓄热燃烧技术是指在燃烧过程中只对助燃空气与烟气管道进行切换，燃气能连续供给的蓄热燃烧技术。德国ASPER 公司和WS 公司、日本NFK 等对连续式蓄热燃烧技术的研究开始的较早，在熔铝行业也有成功的应用。2002 年在晋能集团铝材公司的熔铝炉上使用了我国窦松笉研发的连续式蓄热燃烧系统，取得了理想的节能效果[4]。张新茹提出的档位式蓄热器的蓄热方案，在熔铝炉上也进行了测试[5]。重庆沃克斯工业炉公司提出了连续燃料供
给蓄热式脉冲燃烧控制技术并得到了应用。连续式HTAC 系统除了具有切换式蓄热燃烧系统的优点外[6]，能实现连续、稳定燃烧，不用设置传统燃烧器先将炉温提高到800℃以上再开启蓄热系统的方法。由于燃料供应是连续的，可以连续调节火焰的大小，所以刚刚装完冷料的炉子或烘炉也可以正常使用蓄热式系统。燃气不需自动切换装置，解决了切换式HTAC 技术中的烧嘴堵塞、结焦、断火、不燃、爆鸣、爆燃等问题[6]。自蓄热式蓄热燃烧器是连续式
HTAC 技术的应用，它的布置很灵活，便于炉内气流的组织[7]。目前日本工业炉公司、德国WS 公司都有类似燃烧器在应用[8]，但在国内，对这种燃烧器的研究还是刚刚起步。结合国内外的研究成果，我们研发出自蓄热燃烧器，在辐射管上对这种燃烧器的效果进行了测试与模拟，取得了理想的效果[9]。
3 玻璃窑的节能与连续式HTAC 技术
玻璃工业是能源消耗较多的工业，一般情况下，玻璃窑的能源消耗占燃料消耗的85%左右。因此，玻璃工业采取了多种措施进行节能。玻璃池窑的节能方式很多，如加强炉墙的保温后，可节约燃料15%左右。加强余热的利用，如采用高效的蓄热室、烟道余热锅炉等。还可以通过合理组织燃料，提高燃料的热利用率，如采用富氧燃料技术，蓄热式燃烧技术和采用高效的燃烧器等。
连续式HTAC 技术与传统的蓄热式燃烧相比，有诸多优点，特别是与富氧燃烧相结合，可以从根据上提高燃烧过程的理论燃烧温度，扩大燃料的使用范围，更有利于玻璃生产工艺过程的温度控制。
4 结论
介绍了连续式高温空气燃烧的原理、构成，分析了连续式HTAC 技术的优点，根据该原理研发的燃烧器在辐射管上得到成功的应用。结合玻璃行业节能措施，提出了将连续式蓄热燃烧原理应用于玻璃行业的可行性与可能性。
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