蓄热式烧嘴

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，另一个烧嘴起到一个排烟口的功能，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，蝶阀动作，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在150-200℃，因而不管是蝶阀还是抽烟风机均能长期安全可靠的工作。

正确地安装和选用蓄热式烧嘴可成功地节省能源70%，提高燃烧效率90%

20世纪80年代初由英国的Hot Work公司和英国煤气公司合作开发，并称为RCB(Regeneratice Ceramics Burner）型的烧嘴。当时这种蓄热式烧嘴不能达到应用等级。

20世纪90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10-40m2/m3提高到200-1300 m2/m3，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30min左右缩短至几分或几十秒钟，热效率大幅提高至80%一90%左右，助燃空气预热温度大幅提高至1000℃以上，而排出的烟气温度可降低至200℃以下，接近烟气的露点温度。

90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。

RCB是由耐高温的全陶瓷烧嘴和蓄热式陶瓷换热器两大部分构成。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。

蓄热式燃烧方式是一种古老的形式，很早就在平炉和高炉上应用。而蓄热式烧嘴则最早是由英国的Hot Work与British Gas公司合作，于上世纪八十年代初研制成功的。当初应用在小型玻璃熔窑上，被称为RCB型烧嘴，英文名称为Regenerative Ceramic Burner。由于它能够使烟气余热利用达到接近极限水平，节能效益巨大，因此在美国、英国等国家得以广泛推广应用 。

1984年英国的Avesta Sheffild公司用于不锈钢退火炉加热段的一侧炉墙上，装了9对，其效果是产量由30t/h增加到45t/h，单耗为1.05GJ/t。虽然是单侧供热，带钢温度差仅为±5℃。

1988年英国的Rotherham Engineering Steels公司在产量175 t/h的大方坯步进梁式炉上装了32对RCB烧嘴，取代了原来的全部烧嘴，600℃热装时单耗0.7GJ/t，炉内温度差±5℃。

日本从1985年开始了蓄热燃烧技术的研究。他们没有以陶瓷小球作蓄热体，而是采用了压力损失小、比表面积比小球大4—5倍的陶瓷蜂窝体，减少了蓄热体的体积和重量。

1993年，日本东京煤气公司在引进此项技术后作了改进，将蓄热器和烧嘴组成一体并采用两阶段燃烧以降低NOx值，其生产的蓄热式烧嘴称FDI型。开始用于步进梁式炉，锻造炉，罩式炉以及钢包烘烤器等工业炉上。

日本NKK公司于1996年在230t/h热轧板坯加热炉(福山厂)上全面采用了蓄热式燃烧技术，使用的是以高效蜂窝状陶瓷体作蓄热体的热回收装置和喷出装置一体化的紧凑型蓄热式烧嘴，烧嘴每30s切换一次。投产后，炉内氧浓度降低、 NOx大幅度减少，炉内温度均匀，效率提高。

在中国,早期的蓄热式燃烧技术应用于钢铁冶金行业中的炼钢平炉和初轧均热炉上。然而，由于当时所采用的蓄热体单位比表面积小，蓄热室结构庞大，换向阀安全性能差、造价高，高温火焰温度集中，技术复杂等诸多原因，导致了其难以在其他加热炉和热处理炉上使用。

80年代后期，我国开始了陶瓷小球蓄热体蓄热式燃烧技术的研究和应用。当时，结合我国广泛使用低热值燃料，特别是大量高炉煤气被放散的实际情况，我国的热工研究者开发出了适合我国国情的独具特色的蓄热式高温燃烧技术软硬件系统，并逐步应用于均热炉、车底式退火炉、加热炉等各种工业炉窑上。

此后，蓄热式换热技术远离了轧钢系统的加热炉。蓄热式换热技术，属不稳态传热，利用耐火材料作载体，交替地被废气热量加热。再将蓄热体蓄存的热量加热空气或煤气，使空气和煤气获得高温预热，达到废热回收的效能。由于蓄热体是周期性地加热、放热，为了保证炉膛加热的连续性，蓄热体必须成对设置。

同时，要有换向装置完成蓄热体交替加热、放热。到了二十世纪八十年代，解决了蓄热体的小型化和换向时间缩短到以分秒计，才使这项古老的换热技术得以在轧钢系统的连续式加热炉（含步进式加热炉）上重现废热回收的优势，即将空、煤气双预热到1000℃左右，排出废气温度在150℃以下，使废热回收率达到极限值。并且，出现研究高温空气燃烧理论与实践的新领域。

近些年首先由鞍山研究院从国外引进，并向全国推广。

为了提高辐射管的热效率，最直接的办法就是增加辐射管的长度，提高烟气在辐射管内的流动时间，使烟气与辐射管充分进行热交换。但是辐射管长度过大就会带来强度、刚度以及制造安装方面的问题，影响辐射管的使用寿命。后来又不断改进烧嘴的结构，使燃气与助燃空气充分混合后充分燃烧，进而提高辐射管的热效率。

20 世纪70 年代以后，出现了蓄热式燃烧技术，发明了蓄热式烧嘴，用来回收烟气余热，大大减少了能源的浪费。20 世纪90 年代初，蓄热式燃烧技术得到了广泛应用，换向阀和控制系统的可靠性也得到改善，热效率大幅提高至70%～ 90%。蓄热式燃烧技术的工作原理: 助燃空气经过四通换向阀由助燃空气通道进入A 烧嘴，经A 烧嘴的蓄热体加热后与煤气混合在辐射管内燃烧，燃烧产生的高温烟气流经辐射管后进入烧嘴B，加热烧嘴B 内的蓄热体后由烟道排出。经过一段设定的时间后通过四通换向阀与煤气换向阀改变助燃空气与煤气的流向，助燃空气经过四通换向阀由助燃空气通道进入B 烧嘴，经过B 烧嘴内的蓄热体加热后与煤气混合燃烧，燃烧产生的烟气经过A 烧嘴由烟道排出，在经过A 烧嘴的同时加热A 烧嘴内的蓄热体。冷空气和高温烟气如此交替的流经A、B 烧嘴的蓄热体，通过蓄热体交换热量。

蓄热式燃烧技术可以将排出的烟气温度降低至200 ℃以下，大大提高了辐射管的热效率。这一提高热效率的过程勾勒出辐射管向超系统进化的技术发展路线:

向超系统的进化路线--当一个系统自身发展到极限时，它向着变成一个超系统的子系统方向进化，通过这种进化，原系统升级到一种更高的水平，其中的一条进化路线为: 单系统→双系统→多系统。按照这条路线描述提高辐射管加热效率的进化过程: 系统正处于进化的最后阶段 。

国内的钢包烘烤经历了从仅用一支煤气管至使用普通烧嘴、高速烧嘴、热风烧嘴、自身预热式烧嘴、蓄热式烧嘴的一系列发展过程。

50～60年代国内兴建的炼钢厂中，大多数都没有钢包烘烤设备或仅用一支煤气管插入钢包内进行烘烤。由于钢包烘烤的温度低，要求出钢温度高，炉子的炉龄低，冶炼时间长，限制了钢的产量，并使成本增加。

“七五”期间，冶金部提出推广钢包烘烤的新装置、新技术，使我国钢包烘烤水平提高许多，多数企业已经改变了过去只用燃气不配风的烘烤工艺，相应出现燃气、燃油的钢包烘烤装置。其烧嘴型式有引射式烧嘴及套管式烧嘴，并在钢包上加上钢包盖，以减少热量损失。由于烧嘴的火焰动能较小，钢包的温度分布不均匀，烘烤时间长，燃料消耗较大。

高速烧嘴是近代热工技术取得突破性进展的新技术之一。其特点是燃烧气体出口速度可达100～300m/s。在加热物件时，不论在加热速度方面，还是在加热均匀性方面，其加热效果都大大超过普通烧嘴。由于高速烧嘴出口速度高，烧嘴的耐火材料消耗大，使用寿命低，一般炼钢厂钢包烘烤设备的现场环境比较恶劣，不适合安装精密的控制设备。因此,鞍山热能研究院设备研制厂研制开发出用于钢包烘烤的简易高速烧嘴，基本上保持了高速烧嘴的气流速度大，加热升温快，钢包温度分布均匀的特点。随后又开发出富氧烧嘴、油气两用烧嘴，以满足只有高炉煤气或转炉煤气，煤气热值低或煤气量不足的炼钢厂的需要。

为进一步降低能耗，用烟气对空气或煤气进行预热的钢包烘烤装置应运而生，其结构型式有两种：一种是烧嘴与换热器分离式，另一种是自身预热式烧嘴。由于对空气或煤气进行预热，提高了火焰的理论燃烧温度，可降低燃料的消耗，并保持了高速烧嘴的火焰动能大，加热均匀的特点。蓄热式钢包烘烤器正越来越多地被采用。

为充分发挥钢包烘烤烧嘴的作用，对钢包盖的设计选材也不容忽视，鞍山热能研究院设备研制厂设计的钢水包盖，内部采用陶瓷纤维毡，外面采用多晶莫来石作绝热层，降低了钢包盖的蓄热量，减少了热量的损失，同时减轻了钢包盖的重量，延长了钢包盖的使用寿命。2100433B