通过蓄热体中燃烧实现热风炉的高风温

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1、通过蓄热休中燃烧实现高炉热风炉的高风温陈维汉（华中科技丸学能源学院联糸削话：15136271687丿摘要：本文在对基于空间燃烧技术的高炉热风炉的燃烧过程进行一般综述的基础上，论述了将第三代燃烧技术——多孔介质燃烧技术应用到高炉热风炉中的可能性，以及一些有价值的尝试，并指岀这是高炉热风炉在低燃烧温度下实现高热风温度的必然之路。1、高炉热风炉燃烧过程的现状时至今日高炉热风炉燃烧气体燃料的方式仍然没有跳出空间燃烧的范畴。煤气的空间燃烧过程不外乎按煤气与助燃空气的混合方式而分为扩散混合的长焰燃烧、半预混的短焰燃烧、以及完全预混的无焰燃烧等三种方式。由于选择了空间燃烧方式，完成燃烧过程除了燃烧器外燃烧

2、室是不可或缺的。按照火焰的长度，长焰燃烧所需要的燃烧时室最大，而无焰燃烧所需的燃烧室最小，甚至可以没有。同时，为了达到上述燃烧方式，燃烧器是必不可少的，而且由此产生了一系列的各种不同结构的燃烧器。常见的高炉热风炉燃烧器，诸如多层喷嘴分层混合的旋流燃烧器（或称预燃室）、多喷嘴交错排列喷射空间预混合的旋流（或直流）燃烧器、多喷嘴上下喷射部分内预混的漩流（或直流）燃烧器、煤气大流股空气小流股旋流混合的套筒燃烧器、以及煤气与空气喷射旋流预混的燃烧器等。分析可知，前三种燃烧器均由耐火材料砌筑而成，结构复杂体积大，尽管如此因其能够获得较为理想的流场结构和稳定而高强度的燃烧，成为目前热风炉的主流燃烧器；而

3、后两种虽然结构简单、体积小、投资省，由于混合气流进入燃烧室的方式不好，难以形成燃烧室内良好的流场结构与稳定而高强度的燃烧效果，而处于被淘汰的边沿。由于采用了空间燃烧的方式，热风炉内的燃烧过程与传热-蓄热过程被分开，蓄热体的最高温度一定低于燃烧温度50〜60°C,而进入送风阶段后，蓄热体与热风之间又必须有50〜60°C温差。于是燃烧温度与热风温度之间的温差至少在100°C以上，而送风初期与末期也存在温差，其平均热风温度与燃烧温度之间的温差应该在150°C上下。这也是在热风炉设计中常用的热风温度的初次估值，作为进行热风炉内传热过程的热平衡计算的参数。为此，要提高热风温度就只有提高燃烧温度，要提高

4、燃烧温度就必须提高煤气热值、预热煤气与助燃空气温度、减小过量空气系数等相关的技术措施。由此而来，掺烧高热值煤气装置、空气与煤气预热器、预热炉、烟气再热炉、自预热循环系统等都成了热风炉实现高风温的主要技术手段与设备。这也是在热风炉研究领域围绕着提高热风温度所做的不懈努力，其集大成者就是京唐钢铁公司5500m3高炉的热风炉系统，它能基本上实现1300°C左右的热风温度，而近期山西通才的1580n?热风炉也是沿着这种思路实现了1300°C左右的热风温度。这实际上是在增加能耗的基础上既不节能也不减排的提高风温的技术手段，完全不值得推广应用。在上述的实现高风温的过程中，忽略了一个重要事实，整体的平均值

5、不代表局部和瞬时值，平衡数值不代表过程数值。基于这种看问题的思路，能否在确定的热平衡的燃烧温度下获得更高的热风温度才是研究热风炉高风温的正确道路。这样一条道路已经随着燃烧技术的发展可以成为现实了，这就是要充分利用多孔介质燃烧技术。具体针对热风炉而言,就是将燃烧过程引入到蓄热体介质中，利用过程中的温度分布不均来实现在平衡燃烧温度不高的前提下获得足够高的热风温度。2、多孔介质燃烧技术简介有关多孔介质预混燃烧的研究，最早的报道见诸于20世纪初期，到了该世纪70年代,这种新型燃烧技术才引起了人们的广泛关注。多孔介质燃烧技术是一种新颖独特的燃烧方式叭其与自由空间燃烧的区别在于：（1）多孔介质的空隙率很

6、大相对于自由空间有较大的固体表面积，因而有较强的换热与蓄热能力叫（2）多孔介质的存在使混合气体在其中产生剧烈的扰动，强化了气流间的混合与受物理过程控制的燃烧过程。（3）相对于气体来说多孔介质有较强的热传导与热辐射能力，且热容量远远大于气体，可以使预混气体燃烧产生的部分热量从下游的高温区传递到上游的低温区来大面积地预热未燃混合气体，从而提高燃烧速率与有效提高燃烧温度；（4）多孔介质与气流间良好的换热特性也使燃烧区域温度能够迅速趋于均匀，保持了燃烧过程较为平稳的温度梯度，降低了局部产生最高温度的可能，有助于减少氮氧化物（NOJ的生成量；（5）当多孔介质充斥燃烧空间后其燃烧的辐射换热效率最高可达8

7、0%以上，而常规辐射燃烧器对辐射的转换效率充其量能达30%囚左右；（6）在相同的热负荷下，多孔介质预混燃烧热效率也比较高，相对于扩散式的燃烧方式，其对燃气的节省可达30-50%（3'o总之，多孔介质燃烧与空间中自由燃烧相比,多孔介质燃烧具有燃烧速率高、燃烧稳定性好、负荷调节范围大、容积热强度大、燃烧器体积小、燃气适应性好、烟气中污染物排放低、燃烧极限变宽、可燃用热值很低的燃气等如果能通过在多孔介质中形成回流流