高温低氧空气燃烧技术在工业炉窑中的应用

  　摘要：如何实现工业炉窑的节能和降低排放污染问题一直是人类改善生活环境、实现可
持续发展所需解决的重要课题之一。高温低氧空气燃烧技术的产生，解决了长期以来困扰燃
烧界的节能与环保不能并举的问题，其在工业炉窑上的广泛应用已取得了很好的经济效益
与社会效益。

 

　　关键字：高温低氧

 节能减排 工业炉窑 

　　在上世纪

90 年代初，日本人提出了高温低氧空气燃烧技术 (High Temperature Air 

Combustion.简称 HTAC) 这一概念，该技术主要由高效余热回收和低 NOX 生成率两部分组
成。

 

　　高效余热回收是通过蜂窝状陶瓷蓄热体对工业炉窑的排烟焓进行高效热回收并对助燃
空气进行高温预热来实现的。良好的换热效果，降低了排烟热损失，显著提高了烟气余热回
收率。为了解决高温燃烧产生高

NOX 的问题，HTAC 技术在保持过量空气系数 α>1 的情况

下，通过炉内烟气再循环或两段燃烧方法，组织合理有效的炉内燃烧，降低燃烧空间中的
氧浓度，创造低氧燃烧条件来降低烟气中

NOX 的浓度。 

　　一、

HTAC 技术的重要组成部分 

　　采用一对带蓄热体的烧嘴（蓄热体可与烧嘴布置为一体，也可置于蓄热室内与烧嘴分
开布置），在换向系统的控制下交替点火工作，完成烟气与空气热交换，实现高温低氧空
气燃烧。
　　当烧嘴

A 工作时，助燃空气经过该侧蓄热体 A 加热后与燃料混合燃烧，生成的烟气自

烧嘴

B 流出，并放热给蓄热体 B。经一定时间（通常为 30S）后，换向阀动作，燃料和助燃

空气经蓄热体

B 由烧嘴 B 射入，烧嘴 B 工作，产生烟气流入烧嘴 A，放热给蓄热体 A 后排

出。

HTAC 技术主要通过一对蓄热体，一对烧嘴和换向系统组成。 

　　

1.蓄热体 

　　蓄热体是实现高温烟气与低温助燃空气换热的介质，是实现高效节能的关键。其材质、
形状、结构尺寸直接影响工业炉窑的烟气余热回收率和燃烧的稳定性。结构合理的蓄热体可
使助燃空气预热达

1000°C 以上，只低于入口烟气温度 50°C，使排烟温度低于 150°C。 

　　蓄热体的材质应具有耐高温性、传热性、高强度等特征。目前，在烟气温度小于

1200°C

时多采用堇青石质陶瓷，烟气温度为

1200°C 以上时多采用氧化铝或氧化硅质陶瓷，材质的

选择还应把排烟气体酸碱度考虑在内。现较多采用的蓄热体的形状为球体和蜂窝体。虽然蜂
窝体的传热系数小于陶瓷球体的传热系数，但其比表面积较大，单位体积传热能力可比球
体的高出数倍，使其能在更小的空间、更短的时间内积蓄和释放大量热量。陶瓷蜂窝体的压
力损失也相当小，在同一燃烧容量，同一横截面积下，为球体的

1/3，可大大减少风机的动

力消耗。评价蓄热体的性能时，温度效率和压力损失特性都是重要的参数。虽然气流的往复
流动使得蓄热体内不易积灰堵灰，但当烟尘中结晶析出物粘性物含量多时也会出现堵塞现
象。

 

　　

2.换向系统 

　　据设定的时间或流体温度值，由控制系统操纵，同时进行燃料、空气和烟气的换向，从
而实现两个烧嘴的交替工作。现普遍采用四通换向阀来实现空气和烟气的换向。换向设备的
可靠性、灵敏性、同步性直接关系到炉内燃烧的稳定性、完全性，炉温的波动状态。如果实现
空气、烟气换向的四通换向阀不能及时关闭，燃烧器中的助燃空气就会有部分与烟气一起被
引风机抽走，导致不完全燃烧。如果燃料换向阀和四通换向阀的动作不一致，会使炉内燃烧
产生波动，如果某一时刻燃料过量，就会导致不完全燃烧。要尽量缩短换向时间，使燃料、
空气换向同步。选择和设计换向系统既要考虑有一定耐压，抗冲击能力也应考虑驱动换向系