氛变化为宜。集中换向控制即单个蓄热室对应若干个烧嘴，采用气
体或液体驱动。该换向方式集中了换向配臵并简化了管路，但难以 控制炉压和炉内气氛。由于换向阀距离蓄热体较远，换向操作时残 留在管道内的燃气随烟气排出，且检修时必须停产。分散换向控制 由于每个蓄热室都有自己独立的换向系统，而且换向阀可紧靠蓄热 体，因此可以克服集中换向的缺点，避免了燃料浪费，但更改换向 方式造价较高，管道布臵复杂，占地面积较大，一般适用于但烧嘴
燃烧空气中的氧浓度（体积浓度）
美国有“低氮氧化物喷射”燃烧技术（LNI-Low NOx Injection）
蓄热式燃烧系统的构成
• 燃烧器 形状 • 蓄热体 换向阀 • 控制系统 材质 尺寸
蓄热燃烧关键部件--蓄热体
蓄热体的工作特性是影响高温空气燃烧指标的关键因素之一。热效率、温 度效率、压力损失及波动、使用寿命和清灰难易等都是评价蓄热室中蓄热 体性能的重要指标
意大利具有所谓的“中度与强化的低氧稀释”燃烧技术（MILDModerate and Intensive Low Oxidation Dillution）
2500 富氧空气 贫氧空气
2000
绝热燃烧温度
1500 温 度 / ℃
富 氧 火 焰
常 规 火 焰
MILD模式
1000
自动着火 500
0 29％ 25％ 21％ 17％ 13％ 9％ 5％
20世纪80年代开始，英国天然气公司（British Gas）与Hot Work 公司共同努力下，开发出一种装备有陶瓷球的蓄热式高温空气燃烧器。 该燃烧器可以称为是高温空气燃烧技术的雏形。与换热式空气预热方式 相比，该燃烧器在一个循环周期内可将助燃空气预热到1000℃的水平， 使烟气余热利用达到接近极限的水平。 但是，NOx的排放量随着助燃空气温度的升高而增加，因此，在节 能的同时却没有达到环保的目的，如何在节能与环保之间找到一个平衡 点，成为后来国内外学术界对蓄热式高温空气燃烧技术研究的重点。 20世纪90年代以后，研究旨在同时达到节能和降低CO2、NOx排放 的双重目标。日本工业炉株式会社（NFK）田中良一领导的研究小组采 用热惰性小的蜂窝式陶瓷蓄热器，并使用高频换向设备后，检测到NOx 排放量减少。 当通过炉内的空气流速增大时，NOx量会进一步地减少。同时，由 于助燃空气温度很高，这使得低氧气氛的燃烧成为可能，因此，在助燃 空气中添加惰性气体制造出低氧气氛后再通入炉膛参与燃烧反应，炉内 火焰透明无色，炉内温度分布几乎均匀，不存在局部高温区，破坏了 NOx的生成条件，这也使得NOx的生成量大大降低，达到了节能和环保 的双重目标。于是，高温低氧条件下的蓄热式燃烧技术诞生了，即现在 所谓的“高温空气燃烧室技术”。
(1）回收烟气余热85%～95%，节能效果显著。 （2）炉温分布均匀，有助于提高产品产量和质量，延长 炉内相关设备寿命。 （3）COx和NOx排放量大大减少。 （4）扩展了低热值燃料的应用范围。借助高温预热的空 气，可以使低热值的燃料（如高炉煤气、发生炉煤气、 低热值的固体燃料、低热值的液体燃料等）点火容易， 不脱火，并且可以获得较高的炉温。
蓄热体尺寸要求：
尺寸过大，会使蓄 热室体
积庞大，换向时间长；尺寸过小， 会使换向时间缩短得很短，电气 和机械设备都不能适应，换向的 损失也随之增大，还会使蓄热体 在气流的作用下漂浮起来，破坏 稳定状态。
蓄热燃烧关键部件--蓄热烧嘴
蓄热燃烧关键部件--换向阀
换向控制有集中换向阀和分散换向控制两种。评价换向阀的主 要标准有体积大小、换向动作的快慢、机械性能的可靠程度、寿命 的长短等。换向阀的频繁动作，应以不过多影响炉内压力波动和气
高温空气燃烧技术
Technology of High Temperature Air Combustion
第一章 概述
高温空气燃烧技术，是20世纪90年代以来在工业炉领 域内得到大力推广应用的一项全新燃烧技术。它通过极限回 收烟气余热并高效预热助燃空气，实现了高温（1000℃以 上）和低氧浓度（2%～5%）条件下的弥散燃烧，具有大幅 度节能和大幅度降低烟气中COx、NOX等有害物质的双重
高温空气燃烧烧嘴型式
二次燃料 一次燃料 冷却空气 助燃空气 燃气 蜂窝体蓄热室 炉子内部 助燃空气/废气 炉墙 炉内烟气 高温预热空气
燃气+冷却空气
FDI烧嘴
• HRS烧嘴
日本开发了HRS烧嘴和FDI烧嘴，原理是利用额外热焓减 少NOx的排放。
燃料喷口
空气与烟气通道
FLOX烧嘴结构示意图
德国发展的所谓的“无焰氧化”燃烧技术（FLOXFlameless Oxidation）
蓄热燃烧工作原理
燃料
燃料
燃烧器 B
炉温 1350℃ 钢板 1250℃
空气 排气 150℃ 切换阀
预热空气
1000℃
蓄热燃烧工作原理2
燃料 燃烧器 A
燃料 燃烧器 B
炉温 1350℃
钢板 1250℃
空气 排气
蓄热室B
蓄热室A
切换阀
具有大幅度节能和大幅度降低烟气中NOX排放的双重优越性。ห้องสมุดไป่ตู้
HTAC技术的优势主要是:
优越性。
国际权威专家誉为“21世纪的关键技术之一”。
换热式回收烟气余热阶段
存在问题： （1）其回收热量的数量有限，助燃空气的预热温度一般 不超过600℃，而烟气温度仍有500 ℃之高； （2）烟道中的换热器使用寿命短、设备庞大、投资成本 高且维修困难； （3）助燃空气的温度提高以后，火焰中心的温度也大幅 度提高，造成了炉膛局部高温区的存在，不仅影响炉 膛局部耐火材料和炉内金属构件的寿命，而且使产品 质量下降； （4）助燃空气温度的增高导致火焰温度增高，NOx的排 放量大大增加（甚至可以达到 0.1% 以上），对大气环 境仍然造成了严重的污染。
型蓄热室。
蓄热燃烧关键部件--换向阀
五 通 换 向 阀
空气入口
旋 转 换 向 阀
直 通 四 通 阀
接烧嘴A 烟气出口 接烧嘴B
两 位 三 通 阀
高温空气燃烧的应用
20世纪90年代，日本工业炉协会（NFK）承担了HTAC技术为 核心的日本“高性能工业炉的开发”项目。仅1999—2000年，日 本就将高温空气燃烧技术应用到 41 台加热炉、55 台热处理炉和13 台熔炼炉上；并先后将其广泛应用于各种炉窑、钢包烘烤器和辐射 管加热器上。此外，还将其燃烧技术应用于固体燃料气化、燃料再 处理与转化等领域；开发了 MEET（多阶段焓提取技术）新项目， 用于处理固体废弃物等物质。另外，美国与日本合作，开发了先进 的MEET-IGCC生物质燃料气化系统。 近年来，中国一直致力于高温空气燃烧技术的研究开发与应用 ，特别是在技术应用方面取得了很大进步。在消化吸收国外先进技 术的基础上，在蓄热式烧嘴、蓄热体材料等方面拥有了几十种专利 ，并在冶金行业的上百座轧钢加热炉、均热炉、热处理炉、玻璃窑 、熔铝炉、锻造炉、钢包烘烤器等窑炉上成功应用，取得了显著经 济效益。