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一概述  

世界經(jīng)濟飛速發(fā)展的今.天，能源的消耗與日俱增，能源正變得更加緊缺和稀有。作為戰(zhàn)略資源的能源受到了世界各國的普遍重視，如何提高能源的利用率成為全球矚目的焦點。我國是能耗大國，但是能源利用率僅為30％左右，比發(fā)達國家低十個百分點。而CO2的排放量占全球總排放量的11％，居世界第二，僅次于美國。我國的工業(yè)窯爐是能耗大戶，工業(yè)爐的現(xiàn)狀可以用十二個字來形容：能耗較高、熱效率小、污染嚴重。能源成本已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的瓶頸。  

高溫低氧空氣燃燒技術（即HTAC技術），是九十年代從蓄熱式燃燒技術發(fā)展起來的一項新型節(jié)能和環(huán)保的燃燒技術。這項技術吸收了蓄熱式燃燒技術節(jié)能的特點,同時發(fā)展了低排放的環(huán)保特性。因此具有節(jié)能和環(huán)保的雙重意義。這一技術的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的能源工業(yè)和燃燒帶來了變革性的發(fā)展。  

二蓄熱式燒嘴 

1蓄熱式燒嘴工作原理  

高溫低氧空氣燃燒系統(tǒng)由蓄、放熱系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、點火和火焰穩(wěn)定系統(tǒng)、換向系統(tǒng)、管道系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。高溫低氧空氣燃燒技術將蓄熱式燃燒技術中蓄熱式燒嘴分解為蓄、放熱系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)兩個獨立的系統(tǒng)，蓄熱式燒嘴采用單蓄熱的蓄熱燃燒系統(tǒng)，其中采用了本公司獨有的火焰穩(wěn)定技術和空氣換向，煤氣不換向技術。其原理如圖1所示。狀態(tài)A，空氣到達蓄熱室A后，與蓄熱室A內的蓄熱體發(fā)生熱交換，預熱后高溫空氣與燃料共同進入燃燒室燃燒。燃燒產(chǎn)生的yan氣與蓄熱室B的蓄熱體發(fā)生熱交換，將大部分熱量留給蓄熱體，Z后低溫yan氣經(jīng)過換向系統(tǒng)，被排yan風機排出。經(jīng)過一定時間(約30～200秒)后電控制系統(tǒng)發(fā)出指令，換向系統(tǒng)動作，空氣、yan氣同時換向，燃燒系統(tǒng)切換到狀態(tài)B。  

狀態(tài)B，空氣經(jīng)蓄熱室B預熱后與燃料共同進入燃燒室，燃燒產(chǎn)生的yan氣在蓄熱室A中發(fā)生熱交換后排出。  

狀態(tài)A、B交替進行，實現(xiàn)蓄熱式燃燒。經(jīng)蓄熱室預熱空氣溫度達到900～1000℃（對于加熱爐，爐溫1250℃左右），而排放出來的yan氣與蓄熱室換熱后可降溫至150℃左右，80％的熱能被重新利用。  

2蓄熱式燃燒系統(tǒng)技術特點  

我們通過研究發(fā)現(xiàn)，在高溫空氣燃燒的過程中，在一定的條件下，空氣系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)可以分離，從而使高溫低氧空氣燃燒技術的發(fā)展更具個性化。這樣我們可以針對不同的加熱用途，采用不同的空氣和燃料配給方式。  

2.1連續(xù)蓄熱式燒嘴  

本連續(xù)蓄熱燃燒技術是專門為間歇式爐研發(fā)的蓄熱式燃燒技術和控制技術。  

間歇式工業(yè)爐的特點是：經(jīng)常性的開關和溫度的升降。如果采用常規(guī)的蓄熱式加熱方式，換向時就會出現(xiàn)斷火和再點燃的過程，這樣在低溫段就容易出現(xiàn)燃氣未被點燃現(xiàn)象。即使在高溫段也可能出現(xiàn)熄火產(chǎn)生爆燃，如果出現(xiàn)爆炸，就可能對操作人員和設備造成危害。  

為此，本公司發(fā)展了空氣換向，燃料不換向的蓄熱式燃燒系統(tǒng)，配合燃燒控制系統(tǒng)和特殊的噴孔設計和火焰穩(wěn)定系統(tǒng)，保證火焰在任何溫度范圍內都不熄火。并且不需要其他的常規(guī)的燒嘴的支持。  

圖6、連續(xù)蓄熱式燃燒的火焰組織 

本連續(xù)蓄熱燃燒技術特點：  

1、低溫點火，低溫換向，連續(xù)燃燒，不會產(chǎn)生斷火和爆炸。  

2、自動點火和火焰檢測。  

3、采用高科技陶瓷蓄熱球作為蓄熱材料，熱交換效率高，結構簡單。排yan溫度低于150℃  

4、發(fā)明了分層燃燒方法，可有效地防止加熱工件的氧化和燒損。  

5、可以采用脈沖控制方式。有效地降低了控制成本、設備成本。。  

2.2空氣換向，天然氣不換向  

空氣換向，天然氣不換向技術是本公司為間歇式工業(yè)爐設計的蓄熱式燃燒技術。由于天然氣不換向，不會發(fā)生換向瞬間出現(xiàn)斷火等現(xiàn)象。避免了低溫區(qū)域發(fā)生燃爆等現(xiàn)象。  

控制上，由于天然氣不換向，簡化了結構，使得系統(tǒng)更為穩(wěn)定。  

2.3蓄熱陶瓷蓄熱球  

蓄熱式燒嘴采用蓄熱陶瓷蓄熱球作為蓄熱體，具有耐高溫，導熱性能好，蓄熱能力強，比表面積大，易于清洗、更換等優(yōu)點。  

三操作說明  

1、概述 

蓄熱式燃燒系統(tǒng)以天然氣為燃料，采用我公司研制開發(fā)的蓄熱式燃燒方式。具有節(jié)能效果高、爐溫均勻性高、控溫精度高、NOX排放低、低溫換向不會燃爆、操作簡單、運行安全等特點。  

2、點火前的準備不管任何控制方式，點火時爐門正對方向10米內不許停留. 

2.1將爐門開至Z大位置。切記不能關閉爐門點火！避免安全事。故的發(fā)生。  

2.2檢查一下壓縮空氣的壓力狀況，看壓縮空氣的壓力是否滿足換向氣動閥所需壓縮空氣，避免因不能換向造成燃燒異常的情況。  

2.3打開控制柜總電源，接通電源，電源指示燈亮，儀表、觸摸屏開始初始化，經(jīng)過一段時間后，溫度儀表顯示當前爐膛溫度，觸摸屏進入待機狀態(tài)。設定好本次工藝溫度  

2.4接通助燃風機以及抽yan風機。注意觀察兩個風機運行狀況。  

2.5將常明火燒嘴風管道以及天然氣管道的手動調節(jié)閥開至適當位置，以滿足燒嘴點火時所需助燃空氣量與天然氣量。將換向管道上的手動調節(jié)閥以及主天然氣管道上的手動閥調節(jié)到適當?shù)奈恢?。此閥門在正式調試好以后，一般不要進行太大的調整。  

2.6打開天然氣總閥。將天然氣電動執(zhí)行器調整到一定的位置。  

2.7將“小火/大火”旋鈕撥至小火的狀態(tài)。  

3、點火點火時，空氣電動執(zhí)行器和主電磁閥均處于關閉狀態(tài)。  

3.1自動點火  

3.1.1將控制柜上的“手動/自動”旋鈕旋至自動的狀態(tài)，觀察一下爐門前方是否有人站立，觀看。在確定爐前沒有人后，按下“點火”按鈕。系統(tǒng)執(zhí)行自動吹掃的程序，將助燃風電動執(zhí)行器的開度調到Z大。同時引風機輸出功率調到Z大。  

3.1.2自動吹掃3～5分鐘后，吹掃程序關閉，空氣電動執(zhí)行器關閉。當電動執(zhí)行器完全關閉后，系統(tǒng)自動進入點火狀態(tài)。  

3.1.3點火時，點火器（在燒嘴中心根部有點火花出現(xiàn)，同時發(fā)出放電的嘩嘩聲）和常明火電磁閥自動工作6秒鐘，直至火焰被點燃?；鹧姹O(jiān)測器檢測到火焰后，常明火電磁閥被保持，持續(xù)供應常明火燒嘴所需天然氣。  

3.1.4常明火燒嘴點燃后，觸摸屏自動進入燃燒畫面，操作人員應肉眼觀察爐膛內是否有火焰的存在。  

3.1.5如果燒嘴沒被點燃，觸摸屏彈出點火失敗的報警信息。重新復位之后，再重復點火步驟。反復點三次后，如果還沒點燃，應及停爐，并檢查原因。  

3.2手動點火  

3.2.1手動點火是在部分執(zhí)行元件（如點火器、檢測器）失靈的情況的一種應急燃燒方式，請慎重選擇并注意燃燒安全。  

3.2.2將控制柜上的“手動/自動”旋鈕旋至手動的狀態(tài)，觀察一下爐門前方是否有人存在。必須先手動吹掃3~5分鐘，系統(tǒng)執(zhí)行手動吹掃的程序，自動將助燃風電動執(zhí)行器的開度調到Z大。同時引風機輸出功率調到Z大。。同時，進入觸摸屏的手動點火畫面。  

3.2.3在點火器完好而檢測器失靈的情況下，按下點火按鈕。系統(tǒng)自動點火。點火時，點火器（在燒嘴中心根部有點火花出現(xiàn)，同時發(fā)出放電的嘩嘩聲）和常明火電磁閥Z多工作10秒鐘。常明火可以被點燃。  

3.2.4在點火器和檢測器均失靈的情況下，準備好火把，伸到燒嘴中心孔下方并固定好。嚴禁操作人員手持火把點火。按下點火按鈕，常明火電磁閥自動工作10秒鐘。常明火可以被火把點燃。  

3.2.5操作人員應當肉眼觀察火焰是否被點燃。常明火被點燃后，操作人員應當按下觸摸屏上的“點火成功確認”，此時常明火電磁閥被保持，持續(xù)供應常明火所需天然氣。按下點火按鈕10秒鐘內，如果系統(tǒng)沒有得到“點火成功確認”的信號，會自動切斷常明火電磁閥。

蓄熱式燒嘴制作現(xiàn)場2

4、運行  

4.1點火成功后，當爐門降到一定的位置時，將“小火/大火”旋鈕撥至大火的狀態(tài)，電動執(zhí)行器才會根據(jù)溫度信號，調整閥門打開到一定的位置，同時打開主天然氣電磁閥，大火天然氣進入爐膛，與空氣混合燃燒，系統(tǒng)進入自動運行的狀態(tài)。該過程畫面均在觸摸屏上生動的顯示。  

4.3當打開爐門或傾動時，請將“小火/大火”旋鈕撥至小火狀態(tài)。  

4.3溫度控制  

在主天然氣管道上安置空氣/燃氣比例閥。比例閥在助燃空氣管道上取其空氣壓力信號，然后傳輸給比例閥，比例閥會按比例讓一定量天然氣通過，很好的在爐膛混合燃燒。  

鋁液熱電偶將溫度信號傳輸?shù)絇LC，PLC會根據(jù)在觸摸屏上設定好的升溫曲線進行PID運算，輸出信號給助燃風管道電動執(zhí)行器，指揮電動執(zhí)行器的閥位開度。閥位的開度能在觸摸屏上顯示出來。閥位的開度確定后，供風機管道的壓力也隨之確定。通過前面所述的比例控制，來確定主天然氣的流量。從而達到控制爐膛溫度的目的。爐前小控制箱上裝有溫度顯示表，可以把溫度在現(xiàn)場顯示出來。  

主天然氣管道上的電動執(zhí)行器可以手動操作，在任意條件下可以調節(jié)主天然氣的大小。  

4.4爐壓控制  

爐壓的控制元件主要有微差壓變送器和變頻器。取壓口設置在爐頂上。微差壓變送器收取壓信號后，會將其轉變成模擬量信號，傳輸?shù)絇LC。PLC經(jīng)過PID運算之后，輸出模擬量信號，來控制抽yan風機變頻器的輸出功率，從而控制抽yan風機的轉速，進而達到控制爐壓的目的。爐壓的大小在觸摸屏上顯示。  

4.5換向閥  

換向閥共有4個換向閥。換向閥交叉輸出。每個換向閥上都安裝有接觸開關用來把換向閥的位置轉換成開關量信號傳輸?shù)絇LC，并在觸摸屏上顯示出來。當系統(tǒng)換向后，PLC沒有得到換向到位的信號，就會發(fā)出聲光報警，觸摸屏顯示報警信息，并指出問題。  

4.6現(xiàn)場控制箱  

點火器,火焰監(jiān)測器和爐膛溫度顯示表都安裝在現(xiàn)場控制箱內?；鹧鏅z測信號采用采用離子和紫外線兩種方式并聯(lián)，只要有一種方式檢測到火焰，監(jiān)測器內的常開觸點就會閉合，會將開關量信號傳輸?shù)絇LC，系統(tǒng)就會認為燒嘴燃燒正常，繼而維持系統(tǒng)進行正常運行。  

爐膛熱電偶將溫度信號傳輸?shù)絇LC，PLC輸出一個溫度信號，傳輸?shù)綘t膛溫度顯示表上，將爐膛溫度以數(shù)字的形式顯示出來  

現(xiàn)場控制箱安裝有急停，點火，復位按鈕。可以在現(xiàn)場進行點火、復位以及緊急停止等控制  

4.7系統(tǒng)安全  

控制面板上安裝一個蘑菇形的急停按鈕。急停按鈕被按下后，PLC不再有輸出，觸摸屏上提示現(xiàn)在處于緊急狀態(tài)，系統(tǒng)不能運行，并發(fā)出聲光報警。  

天然氣總管、鼓風機總管上分別安裝一個低壓開關。當壓力低于一定的程度時，壓力開關動作，PLC就會切斷兩個電磁閥，這時就會在觸摸屏上給出提示，并發(fā)出聲光報警。  

運行狀態(tài)中，當火焰監(jiān)測器發(fā)生故障，或燃燒過程中發(fā)生熄火的情況，系統(tǒng)會切斷兩個電磁閥并在觸摸屏上給出提示，發(fā)出聲光報警。  

4.8蓄熱式燃燒系統(tǒng)在運行過程中,司爐工都應隨時注意以下幾個方面,出現(xiàn)情況及時排除,必要時停爐檢查。  

4.8.1兩個風機的運轉狀況.發(fā)現(xiàn)異常及時停爐,檢查原因。  

4.8.2yan道溫度顯示以及抽yan管道的溫度狀況。從yan道溫度的高低可以看出蓄熱體的換熱效率。但這只是相對而言。yan道溫度過高（150℃以上）或偏低（40℃以下）都說明蓄熱體換熱效率不高。  

yan道溫度超過設定溫度(200℃)1℃時,兩個風機自動停止運轉。yan道溫度超高(＞200)或偏低(＜50℃）均說明系統(tǒng)異常。yan道溫度超高或偏低的原因詳見“6故障及排除”。  

4.8.3爐內壓力指示。如果爐內壓力過大，就會爐門冒火或將燒嘴憋熄，甚至發(fā)生危險。此時，應當將抽yanyan道的蝶閥開大，或將抽yan風機調節(jié)閥開大。但要注意應在yan道溫度允許的范圍內。  

4.8.4爐內溫度以及鋁液溫度。  

4.8.5壓縮空氣壓力以及換向系統(tǒng)運行狀況。  

4.8.6司爐工應當注意總結經(jīng)驗,找到適合自己工況的使用方法,發(fā)揮本蓄熱式燃燒系統(tǒng)Z大效力。  

蓄熱式燒嘴制作現(xiàn)場 (2)

5、停爐  

停爐時應當先關閉天然氣總閥，再關閉兩個風機電源。Z后關閉控制系統(tǒng)電源。如果長時間停爐之后，在使用前應當進行天然氣放散。  

6、故障及排除