蓄熱式燃燒是21世紀(jì)節(jié)能和環(huán)保極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，是國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。在高溫窯爐中，熱損失的很大部分是排煙的熱量損失。當(dāng)煙氣溫度為900至1300℃時，煙氣余熱占爐子總能耗的50%-70%。因此，積極采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，在工業(yè)窯爐燃燒系統(tǒng)中安裝換熱器，將煙氣的余熱回收用于預(yù)熱助燃空氣，可以從根本上提高工業(yè)爐的能源利用率，對低熱值燃料(如煤氣等)進(jìn)行合理利用，最大限度地減少污染物排放，降低環(huán)境負(fù)荷，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)能降耗的有效措施。
蜂窩陶瓷是一種性能優(yōu)越的蓄熱體,是目前蓄熱節(jié)能技術(shù)中的關(guān)鍵材料。它的性能決定了余熱回收體系的整體性能。
蓄熱材料推動蓄熱燃燒技術(shù)發(fā)展
在對蜂窩陶瓷進(jìn)行分析之前，小編先帶大家回顧一下蓄熱燃燒技術(shù)的發(fā)展，可以毫不夸張地說，蓄熱體的技術(shù)決定了蓄熱燃燒技術(shù)的發(fā)展。
早在1828年，JameNieson發(fā)明了管式換熱器，這是世界上首次出現(xiàn)了回收煙氣余熱來產(chǎn)生高溫?zé)犸L(fēng)的余熱回收技術(shù)。
1858年，WillianSeimens發(fā)明了蓄熱室，蓄熱室采用格子磚作為蓄熱體，在許多大型工業(yè)爐中獲得應(yīng)用，如熱風(fēng)爐、玻璃爐窯、均熱爐等。但蓄熱室體積龐大、造價高，換向時間長，預(yù)熱氣體的溫度波動也大。
此后，蓄熱換熱技術(shù)的發(fā)展趨于停滯，直到1982年，英國HotworkDevelopment公司和BritishGas公司合作開發(fā)了一種應(yīng)用于工業(yè)爐和鍋爐上的節(jié)能蓄熱式陶瓷燃燒器，其蓄熱體中首次采用了陶瓷小球。
相對于傳統(tǒng)的蓄熱系統(tǒng)，陶瓷蓄熱球無論在材料、尺寸、形狀、換熱面積方面均有了極大飛躍，蓄熱式換熱時間由分鐘計(jì)算縮短到由秒計(jì)算，并且使煙氣余熱利用達(dá)到接近極限水平，節(jié)能效益巨大，在歐美國家得到廣泛應(yīng)用。陶瓷蓄熱球的出現(xiàn)，極大推動了第一代蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展。
日本從1985年后開始研究新型蓄熱燃燒技術(shù)。但是他們并沒有采用歐美主流的陶瓷小球作蓄熱體，而是對壓力損失小、比表面積更大的陶瓷蜂窩體進(jìn)行了研究。
上世紀(jì)90年代初，日本NKK和日本工業(yè)爐公司成功研發(fā)出蜂窩陶瓷蓄熱體，并提出了與傳統(tǒng)燃燒機(jī)理完全不同的高溫低氧燃燒技術(shù)（HighTemperatureAirCombustion），也叫無焰燃燒技術(shù)（FlamelessCombustion）。
1996年，日本NKK公司在230t/h熱軋板坯加熱爐(福山廠)上全面采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，使用的是以高效蜂窩狀陶瓷體作蓄熱體的熱回收裝置和噴出裝置一體化的緊湊型蓄熱式燒嘴，燒嘴每30s切換一次。投產(chǎn)后，爐內(nèi)氧濃度降低、NOx大幅度減少，爐內(nèi)溫度均勻，效率顯著提高。
蜂窩陶瓷作為蓄熱體，使傳統(tǒng)的蓄熱室發(fā)生了巨大的變化。從原來的格子磚發(fā)展成為陶瓷小球，又發(fā)展為蜂窩陶瓷體，蓄熱室的比表面積急劇增大，體積明顯減小，換向時間大大縮短，換熱性能得到極大提高，污染物排放量也遠(yuǎn)低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。此外，基于蜂窩陶瓷蓄熱體，高溫低氧燃燒技術(shù)也被譽(yù)為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
下表1為蜂窩陶瓷體和蓄熱球的性能對比。蜂窩陶瓷采用硅鋁系耐火材料，體積小，質(zhì)量輕，比表面積大，耐火度高，傳熱能力大，直氣流通道使得氣流阻力損失很小。所以，蜂窩陶瓷比蓄熱球更有利于實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，使?fàn)t溫均勻、傳熱迅速，大大降低氧化損耗和NOx氣體的生成，顯著提高環(huán)保節(jié)能效果。采用蜂窩陶瓷的蓄熱室體積大大減小，可布置足夠數(shù)量的燒嘴，滿足熱負(fù)荷需要。而蜂窩陶瓷的直氣流通道與蓄熱球的迷宮式通道相比更不易堵塞，自潔性好，適用于我國燃燒不潔凈的特點(diǎn)。
蜂窩陶瓷蓄熱體在工作時，一般堆砌于蓄熱室內(nèi)，如圖4所示。當(dāng)左側(cè)燒嘴A燃燒時，所產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔饨?jīng)由右側(cè)燒嘴B排出，與蓄熱體換熱后，排煙溫度可下降至200℃甚至更低。在下一個周期，右側(cè)燒嘴B燃燒并經(jīng)過換向閥切換的同時，左側(cè)燒嘴A停止燃燒并轉(zhuǎn)變?yōu)榕艧熀托顭嵫b置。通過左側(cè)和右側(cè)燒嘴的交替運(yùn)行，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)“助燃空氣的高溫預(yù)熱”和“高效余熱回收”的目的。
