高温空气燃烧技术燃(天然)气热处理技术设备研究开发探讨

高温空气燃烧技术燃（天然）气热处理技术设备研究开发探讨阍承沛北京神雾热能技术有限公司北京100083一概述我国热处理行业是机械工业的耗能大户，机械制造厂热处理用电比重占全厂的2530。全国热处理行业有热处理炉约12万台，其中90以上用电。每年耗电约为100亿KWH。平均电耗为700KWH/T，大约是日本和欧洲的2倍多。日本热处理生产的热效率为498，而我国热处理生产的热效率为29，差距很大。电是二次能源，一般燃料的发电效率约为36，电能的热效率上限为80左右，因而燃料的电热效率上限约为29。天然气能源是一次能源，并且在提供给用户前经净化处理，因而是一种较清洁的能源。我国近年多处发现大型天然气田构造，其总会计储量达38万亿M3以上，随着西部大开发和国际合作开发天然气田，“十五”期间我国的天然气产量可从1999年的238亿M3达到645亿M3以上，这为我国开发天然气能源，改变热处理单一能源结构，提高能源利用率，实现能源综合利用创造了条件。高温空气燃烧技术（HTAC）是20世纪90年代以来发达国家开始普遍推广应用的一种全新型燃烧技术，它具有高效烟气回收和高温预热空气及低NOX排放等多重优越性，我国近几年在这一技术领域亦开始起步，并且在工业生产中取得显著的技术经济效益，“十五”期间进一步开发和推广这一高效、节能、低污染的先进燃烧技术势在必行，发展前景广阔。二国内外能源技术发展现状、趋势及市场需求分析1国内外热处理能源技术概况（见表1）2国内外天然气能源技术发展概况（见表面2）表1国内外热处理能源技术概况国家或地区能耗（KWH/T1）热效率能源结构热处理能源技术发展措施欧洲3004504050煤、石油、天然气、电，天然气占2030挖掘设备潜力，实现专业化生产和企业最佳管理，开发高温空气燃烧技术，蓄热式燃烧器技术，感应加热技术等。美国3504504348煤、石油、天然气、电，天然气占255炉子热源的多样性，燃烧器改进，富氧燃烧技术（1997年），改善热源材料，U型和陶瓷辐射管技术，改善热源形状和对流，改进绝热材料，天然气/电加热系统开发，减少NOX和SOX排放及计算机控制技术（1999年）日本323498煤、石油、天然气、重油，燃料炉燃烧器产值总值361普及推广低燃料消耗的工业炉，合理利用能源法（70年代末），防止地球温暖化行动计划（1990年），高性能工业炉的开发，高温空气燃烧技术（19921999年），政府财政支持中国800约29煤、电为主，电能占90以上中华人民共和国节能法（1998年），开发多种能源（天然气，核能，水力，风力等）开始研究开发高温空气燃烧技术，高性能燃烧技术及装置，废热利用和环保技术等受到重视表2国内外天然气能源技术发展概况国家或地区储量/万亿M3（世界天然气储量145万亿M3）产量（或消耗量）/万亿M3（世界天然气产量为23388万亿M3）在各种能源中比重（）分布比例（）开发措施美国477075267占世界的324每年增长1820世纪90年代增长了35日本约800119投资100亿美元和俄罗期联合开发俄伊尔库茨克州的比库达气田（储量8500亿M3），输气管道经中国、朝鲜、韩国至日本、计划2005年开始供气俄罗斯约363除供本国使用外，还向欧洲、日本大量出口524约25俄罗斯天然气公司产量超过欧洲、美国、加拿大7家最大的天然气公司开采量的总和，向整个西欧供气，和日本开始合作开发西伯利亚气田中国约38238（1999年）25116在热处理行业中1天然气田83个，陆地气田储量28万亿M3，海洋气田储量10万亿M3。东部115，中部303，西部282。近海214，南方86。西部大开发，53“十五”期间开发两项西气东输工程，其中塔里木气田输送上海天然气200亿M3，“十五”末，天然气产量将超过500亿M3/A。中、俄、韩联合开发伊尔库茨克天然气田，“十五”末，可向我国供天然气100亿M3/A。日、俄联合开发伊尔茨克天然气田管道经我国，亦可部分向我国提供天然气注世界天然气能源占各种能源的比重为24。3国内外能源和燃烧技术发展现状、趋势及市场需求分析高温空气燃烧技术是国际20世纪90年代迅速发展的高效、节能、环保型先进燃烧技术。与传统燃烧技术相比，高温空气燃烧技术通过蓄热式烟气余热回收，可使空气预热温度达烟气温度的95，炉温均匀性5C，其燃烧热效率可高达80。高温空气燃烧技术通过HTAC烧嘴及回收装置可节能60以上因而可降低CO2排放60以上，同时高温空气燃烧技术实现贫氧状态燃烧，使NOX排放大大降低，可达40106数量级（约80MG）/M3，为传统燃烧技术的1/151/20。此外高温空气燃烧技术燃烧噪音低、减轻了噪音污染。高温空气燃烧技术已开发出几种高温空气燃烧器（蓄热式烧嘴加热系统），日本、美国、欧洲均已用于生产，该技术开发应用已臻成熟，其技术经济效益显著。我国近几年在该技术领域已开发出数种蓄热式烧嘴及装置系统，并且成功应用于工业生产，技术经济效益巨大、环保性能优越。我国“十五”期间，要实现热处理设备的大量更新和改造，用先进的节能、高效、优质、清洁无污染且用计算机控制的新型热处理炉（生产线）代替陈旧、耗能大、效率低、污染严重的热处理设备。按照“十五”计划的要求，我国至少需要2500台（套）先进热处理设备（密封箱式炉、真空炉、连续热处理炉和感应加热热处理生产线等）。有资料估计，如果2015年基本完成以少无氧化清洁热处理为中心的技术改造，则至少需要5000台（套）一8000台（套）先进设备，如果其中1/3采用天然气能源，则至少需制造20002700台高温空气燃烧技术燃气式热处理设备。采用天然气能源还可提高产品的热处理质量，因为天然气本身就是一种还原性保护气氛，用天然气制备吸热式气氛是国外渗碳的主流技术方法，我国20世纪6070年代由于天然气开发利用较少，热处理工业可控气氛热处理和渗碳技术不得不较多地采用丙烷、丙酮和氮基气氛热处理等。如果天然气作为能源在热处理工为业大量应用，无疑为提高我国热处理少无氧化加热作出贡献。三研究开发热处理工业高温空气燃烧技术、天然气能源应用的关键技术和设备研究开发热处理工业天然气能源应用的关键技术和设备主要有以下几点1燃气空气最佳燃烧比及精确控制技术对于燃气热处理炉，在装炉量一定的条件下，炉温T取决于天然气流量LN和空气流量LG之和以及天然气流量LN和空气流量LG之比，为了保证最佳燃烧，必须保证空气过剩系数102110之间，为此系统必须对烟道中的残O2和CO含量进行控制，残氧量自动调节和控制是实现燃气空气最佳燃烧比和精确控制的核心，最佳燃烧比也是节约能源，减少烧损的重要措施。2高温空气燃烧技术，高效低噪音、低NOX、低SOX燃烧器技术研制开发高温空气燃烧技术（HIGHTEMPERATUREAIRCOMBUSTION）是20世纪90年代以来工业发达国家开发推广的一种全新型燃烧技术。它具有高效余热回收和高温预热空气以及低NOX排放多重优越性。已经开发出几种类型的高温空气燃烧器（烧嘴）近900台套，至1995年，已有800余台燃料炉应用该项技术。3高效燃气辐射管技术国产燃气辐射管在生产中应用多年，性能良好。不足之处耐高温辐射管寿命和稳定性不如国外知名厂家产品。燃气辐射管前端是燃气的燃烧器和烧嘴装置。MAXONCO的燃气辐射管系统优点是技术指标精度高，可靠性稳定，该公司的燃气辐射管系统可用于低温加热如新闻纸张的烘干，因而说明该系统的控制系统精确稳定，可靠性高。国内产品在低温领域和特殊要求的燃气辐射管装置上尚有较大差距。4废热利用技术如上所述，高温空气燃烧技术采用蓄热式烟气回收技术（装置），使空气预热到烟气温度的8595，在长辊加热炉上应用热效率高达80以上。按照技术开发的程度，高速蓄热式热回收可接近100，远远超过5060的传统回收率。蓄热器为耐火材料制，无温度限制，体积小，且加热效率提高3040。空气预热后的温度达到800C1000C以上。日本于1992年成功开发出首次实现极限回收和低NOX燃烧的蓄热式烧嘴，并应用于热轧机厂连续式大型加热炉上。并称为这一技术为“环境协调型蓄热式烧嘴加热系统”。英国、美国、德国等在20世纪90年代也先后开发了蓄热式烧嘴技术和蓄热式余热回收技术。我国近几年在这一技术领域也开始起步1112。国内在热处理节能和废热利用方面作了不少探索，一些单位取得了很好的效果，大连北岛能源技术发展有限公司开发了高效蓄热式余热回收工业炉技术。该技术将高效蓄热式回收系统和换向式燃烧系统与炉子结合为一体，同时匹配电子控制系统。该系统可将炉子排放的800C1200C的高温烟气降至150C排放，同时将空气和燃气预热到700C1100C，余热回收率达90以上，产量提高2030，并且大大减少了废气污染，其技术指标和性能达到国际先进水平，该技术被列为“九五”重点推广节能项目11。北京神雾热能技术有限公司研究开发的蓄热节能汽泡雾化燃烧技术和半湍流烧嘴技术被列为国家级新产品（1996年）项目，并在十余个企业设备上应用取得优异成果和显著的经济效益。我国机械工业第一设计研究院和兵器部第一设计研究院等单位研制设计了多台燃气式热处理炉和生产线，生产运行优良。四小结高温（预热）空气燃烧技术天然气燃气热处理设备研制和产业化计划是为了改变我国热处理行业能源结构不合理、能源热效率低下、能源浪费大的弊端，采用最新高温空气燃烧技术和清洁的天然气能源实现热处理生产（设备）更新换代的一项全新的技术。本技术符合我国21世纪国民经济可持续发展战略，符合国家节能和环保政策，是一项高效、节能和环保的先进热处理制造技术。该技术将高温（预热）空气燃烧技术和天然气能源开发利用与热处理技术（设备）更新换代相结合，是一项高新热处理制造技术。我国1998年颁布了中华人民共和国节能法，制定了有关节能和环