蓄热式燃烧技术规范-钢铁标准网.doc

YB/T 4032—××××

中华人民共和国工业和信息化部 发布
××××-××-××实施
××××-××-××发布
钢铁行业蓄热式燃烧技术规范
Regenerative combustion technical specification of
iron and steel industry
（送审稿）

YB/TXXXX--XXXX

YB
中华人民共和国黑色冶金行业标准
ICS77.140.99
H04

1

前 言
本标准由中国钢铁工业协会提出。
本标准由全国钢标准化技术委员会归口。
本标准起草单位：
本标准主要起草人：

钢铁行业蓄热式燃烧技术规范
1总则
1.1为了保护和改善生态环境与生活环境，促进冶金行业节能减排，充分回收工业炉窑的高温烟气余热，提高工业炉窑热效率，减少烟气对大气的污染或公害，充分发挥蓄热式燃烧技术的节能和环保效果，特制定本规范。
1.2本规范规定了工业炉窑的蓄热式燃烧技术设计、设备选型、安装、验收、生产操作与维护过程等技术原则。
1.3蓄热式工业炉窑的工艺流程和主要设备的设计与选择，在本规范基础上结合实际，因地制宜，并经过技术方案优化和经济比较后择优确定。
1.4蓄热式工业炉窑的生产操作与维护，在本规范基础上应结合实际配备专门操作、维护及管理人员。
1.5蓄热式工业炉窑的建设与管理除应遵循本规范外，应符合国家现行相关的法律、法规和相应标准。

2.规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB3095 环境空气质量标准
   GB9078 工业炉窑大气污染物排放标准
   GB12348 工业企业厂界噪音标准
GB/T13338 工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则  
   GB/T 17195 工业炉名词术语
   GB50257 电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范

3.术语和定义
GB/T17195中确立的以及下列术语和定义适用于本标准.
3.1
蓄热式燃烧 regenerative combustion
采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或气体燃料与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下，可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上，形成与传统火焰不同的新型火焰类型，并通过换向燃烧使炉内温度分布更趋均匀。
3.2
蓄热式烧嘴 regenerative burner
蓄热式烧嘴是带有蓄热室余热回收装置的烧嘴，配对使用，通过换向实现周期性燃烧。一座炉子可采用多对蓄热式烧嘴供热。
3.3
内置蓄热室 internal regenerative chamber
内置蓄热室是安装在炉子底部的蓄热装置，在炉墙内浇注有通道和喷口，和余热回收装置结合成一体。
3.4
外置蓄热箱 external regenerative box
外置蓄热箱是把蓄热室和高温通道置于炉体外，通过与炉内喷口的直接连接形成外置蓄热装置。
3.5
自身蓄热烧嘴 Self- regenerative burner
自身蓄热烧嘴是一对蓄热室余热回收装置安装在一个烧嘴上，将供热与排烟在一个烧嘴内同时完成,在烧嘴周围形成烟气循环。
3.6
蓄热式辐射管 regenerative radiant tube
蓄热式辐射管是一种采用蓄热式燃烧技术的辐射管加热装置， 将两个蓄热式烧嘴安装在辐射管的两端，通过换向燃烧，以提高介质预热温度，降低烟气排放温度。燃烧在辐射管内进行，对物料进行保护性加热。
3.7
蓄热体 regenerator
一般由耐火材料制成，周期储存和释放热量，实现冷热介质热量的传递。
3.8
换向阀 reversal valve
换向阀是切换蓄热室供气、排烟，改变助燃介质或燃气流向的阀门。
3.9
换向时间 reversal time
换向阀两次动作时间间隔。
3.10
换向周期 reversal cycle
两个换向时间为一个换向周期。

4原理与流程
4.1原理
蓄热式燃烧技术采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换流经蓄热体助燃介质或气体燃料与烟气流向，排烟温度可降到180℃以下，助燃介质或气体燃料可预热到1000℃以上，促进炉内温度均匀分布。
4.2 流程
如图所示：在A状态下鼓风机的空气经换向系统分别进入左侧通道,而后通过左侧通道蓄热室蓄热体。被蓄热体预热后的空气从左侧通道(或烧嘴)喷出并与燃料混合燃烧。燃烧产物对物料或炉体进行加热后进入右侧通道(或烧嘴)，在右侧蓄热室内进行热交换将大部分热传给蓄热体后，以180℃以下的温度进入换向系统，经引风机排入大气。
经过半个换向周期以后控制系统发出指令，换向机构动作，空气换向或空气、煤气同时换向。将系统变为B 状态。此时空气从右侧通道(或烧嘴)喷口喷出并与燃料混合燃烧，这时左侧喷口(或烧嘴)作为烟道。在引风机的作用下，使高温烟气通过蓄热体后低温排出，一个换向周期完成。单预热助燃介质时只有空气经过蓄热室预热，同时预热助燃介质和煤气燃料时，另有一套和以上原理相同的蓄热系统作为煤气预热。
A状态下：
引风机
右侧蓄热室
加热装置
左侧蓄热室
换向阀
鼓风机

B状态下：
右侧蓄热室
鼓风机
换向阀
加热装置
左侧蓄热室
引风机

4.3通过组织贫氧状态下的燃烧，可减少高温热力氮氧化物的产生量，符合表1的要求。
5适用条件
5.1蓄热式燃烧技术可以适用于钢铁行业加热炉、热处理炉、烘烤装置等工业炉窑。
5.2蓄热式燃烧技术可以适用于不同燃料的工业炉窑.有烧高炉煤气双预热、烧混合煤气双预热或单预热、烧转炉煤气双预热、烧发生煤气单预热以及烧煤单预热等多种燃料适应形式。其中以高炉煤气双预热效果最好。
5.2.1燃油炉可采用陶瓷瓦片做蓄热体，顺流式安装，需定时清洗更换，采用重油不换向，助燃介质单预热方式。
5.2.2高炉煤气炉采用高炉煤气和助燃介质双预热，燃烧温度高,全炉热效率高,排烟热损失小,节能效果明显。
5.2.3混合煤气炉主要有双预热和单预热，主要根据烟气和被预热介质水当量比来确定。双预热时空气和煤气都换向。单预热时分煤气换向和煤气不换向，其中煤气换向用得较多，煤气不换向主要用于小型工业炉窑。煤气不换向，空气换向单预热按空气喷嘴和煤气喷嘴的分布分为顺流式，逆向式，垂直式三种。
5.2.4对于含尘大的燃料，如煤、发生炉煤气等，应在烟气入口设计集尘装置。
5.3对于预热介质与燃烧产物水当量不平衡的工业炉窑在采用蓄热式燃烧技术时,可以考虑用换热器的副烟道。

6蓄热式应用形式分类与技术要求
6．1 一般要求
　 应用形式选择是按该技术的核心部分―蓄热室的布置来分类的。蓄热室集供热、排烟和余热回收于一体而成为该技术的中枢，其他设备和工艺的变化应以此为基础。蓄热室阻力损失应不大于3000Pa，用户应根据实际情况选择以下结构形式。正常使用寿命应大于三年。
6.2 蓄热烧嘴式
蓄热烧嘴一般采用蜂窝状蓄热体，成对布置，燃料和助燃介质双预热时，在同一烧嘴喷出，同时换向；助燃介质单预热时，可以用液体和气体燃料，在同一烧嘴喷出，同时换向。
6.3　内置蓄热室式
内置蓄热室布置在炉体两侧，燃料和助燃介质从不同通道喷出，同时换向。
6.4　外置蓄热箱式
外置蓄热箱外置炉体两侧，燃料和助燃介质在不同通道喷出，同时换向，采用蜂窝状时水平成对布置，采用球状蓄热体时蓄热箱垂直成对布置。
6.5 单体式自身蓄热烧嘴
自身蓄热烧嘴采用蜂窝状蓄热体，单体式布置，燃料和助燃介质双预热时，用于低热值气体燃料，在同一烧嘴喷出，烟气在同一烧嘴吸回，同时换向；助燃介质单预热时，可以用液体和气体燃料，在同一烧嘴喷出，烟气在同一烧嘴吸回，燃料不换向。
6.6 辐射管式
辐射管蓄热室采用蜂窝状蓄热体，单体式布置，燃料和助燃介质双预热时，用于低热值气体燃料，在辐射管同一端喷出，烟气在辐射管另一端吸回，同时换向；助燃介质单预热时，可以用液体和气体燃料，在辐射管同一端喷出，烟气在辐射管另一端吸回，同时换向。
6.7技术指标
蓄热式燃烧技术性能指标符合表1的规定。烟气成分（氧气含量、一氧化碳含量）在使用中积累数据（烟气成分在阀前取样测试）。
表1
项目
准入值
先进值
温度，℃，《
180
全炉热效率，%
70
74
氮氧化物,mg/m3
180
150

7燃烧系统
7.1蓄热式燃烧系统由蓄热式燃烧装置、换向系统、空气管路系统、煤气管路系统、烟气管路系统、鼓风机、引风机和烟囱等部分组成。
7.2燃烧系统应符合本标准规定，同时符合设计要求。
7.3蓄热式烧嘴设计对蓄热室结构的要求主要根据具体生产单位工业炉窑的炉膛尺寸，选择合适的蓄热箱结构和蓄热体。
7.4燃烧喷口(或烧嘴)的形状、大小以及相对位置应根据工业炉窑燃料种类、炉膛尺寸、供热量大小与分布来计算与设计。

8蓄热体
8.1材质
蓄热体材质应具有不破裂、不板结、一次使用寿命8000h以上，筛选后重复使用次数3次以上。一般采用堇青石、高铝、莫来石、刚玉等材料。
8． 2形状与堆积高度
8.2.1蓄热体形状有：球状、蜂窝状、直通网状、片状、管状等。
8.2.1 蓄热体堆积高度与蓄热体尺寸、换向周期和排烟温度等有关。
8.3技术指标
蓄热体性能要求如下：
比表面积 （m2/m3）：200 ～1300
导热系数，常温W/(m.K) ≥0.8～1.5
比热 kJ/ (kg.k） ≥20～1000
热稳定性：1100℃水冷次数≥15

9换向系统
9.1换向阀
9.1.1 换向阀有：二通, 三通，四通，五通等种类。
9.1.2 泄漏率符合相应国家标准，动作时间1s ～3s.
9 .1.3换向阀应符合相应标准规定，同时符合设计图纸要求，使用寿命达100万次以上。
9.2 换向动力系统
可以采用气动系统、液压传动、电动系统、电液传动等。

10供风与排烟系统
10.1 助燃风机应优先考虑采用变频控制，助燃风机进风口应配消声器和调节阀。
10.2 经蓄热室排出的烟气温度应为180℃以下，并采用引风机强制排烟。对于空、煤气双蓄热的燃烧系统，排烟系统必须分成空气侧排烟和煤气侧排烟两套系统，蓄热排烟管道的低点应设排水装置。
10.3引风机的选型时应考虑烟气对引风机的腐蚀。
10.4 引风机入口需设自动调节阀。带有副烟道的蓄热式燃烧系统，副烟道上需设自动调节烟道阀。

11点火烧嘴
11.1对于低热值燃料，要求设置高热值燃料的点火烧嘴。
11.2对于高热值燃料除蓄热式烧嘴外，要求另设置相同燃料的点火烧嘴。
11.3对于高热值燃料蓄热烧嘴，可设置蓄热烧嘴点火器或另设点火烧嘴。

12热工监测与自动控制
12.1工业炉窑设炉膛温度检测点，对炉温进行自动控制，设排烟温度检测，也可设蓄热室温度检测。
12.2工业炉窑设压力检测点，分别对炉膛压力、空气总管压力、煤气总管压力（燃料为煤气时）检测。鼓风机停电时自动切断主管煤气，煤气低压声光报警压力≤4kPa，超低压切断压力≤3kPa。
12.3工业炉窑应具有空燃比自动调节功能。
12.4换向控制采用延时程序和逻辑顺序程序相结合来实现，PLC控制，具备定温换向、定时换向、强制换向、超温报警等功能。
换向阀应控制换向时间，避免蓄热室超温和煤气在蓄热室的二次燃烧。

13环境保护与安全措施
13.1 环境保护
13.1.1 污染物的排放应遵守国家有关标准和规范，对工艺过程产生的污染物质进行严格的控制并加强治理， 污染物质的排放浓度符合GB9078规定、环保排放应符合GB3095规定。
13.1.2 有声源的装置，噪音均符合GB12348规定。
13.2 安全措施
13.2.1 对炉区易聚集CO的区域设置CO监测及报警装置，并配备相应的灭火设施；报警装置需现场和操作室两地声光报警。
对于采用煤气为燃料的装置，煤气管道上可设弹压式防爆装置，空气管道上应设防爆片；空、煤气管道均设吹扫放散装置；煤气换向系统需具有可靠的密封性能，以防止煤气向排烟系统的泄露。
对于低热值燃烧的燃烧装置，炉膛温度应不低于750℃。
炉区内的电气装置按GB50257进行设计。
13.2.2控制系统需设紧急停炉联锁控制程序，以防止风机掉电、煤气低压、煤气泄漏、换向系统故障等紧急事故下对人员、设备的伤害。
13.2.3供电、照明和防雷执行国家有关标准和规范。

14测试与验收
14.1蓄热式燃烧技术工程项目在调试前，相关的管道、设备、材料及电气自控仪表应按国家现行相关的法律、法规和强制性的标准与规范的规定进行工程施工验收。
14.2蓄热式燃烧技术工程项目在工程施工验收后，应进行冷态试车与调试，检查燃烧系统与相关设备是否正常工作，在冷态试车后进行试生产，检查各热工参数是否达到工艺要求。
14.3蓄热式燃烧技术工程项目在试生产后，经过热平衡测试，性能指标应符合表1规定。
14.4蓄热式工业炉窑的热平衡测试和计算按GB/T13338进行。

15操作与维护
15.1操作方法
根据蓄热式工业炉窑的特点形成“三协调”操作法：供热量与排烟量协调、蓄热室温度与炉温协调、空燃比与排烟温度协调。
15.1.1供热量与排烟量协调是指操作上必须勤调排烟量与供热量的匹配，维持其当量平衡。操作上可以以炉压平衡为准，即要求炉压维持在10Pa左右。可以保持蓄热室热量平衡，保证加热节奏的连续调节。
15.1.2蓄热室温度与炉温协调是指蓄热室温度代表相应的空气、煤气预热温度，是保证炉温的关键条件，而炉温（这里指炉气温度）是蓄热室温度的基础，蓄热室温度和炉温差100℃～150℃为宜。
15.1.3空燃比与排烟温度协调是指当预热空气或煤气其中一个量偏大时，该介质通过蓄热室后温度会下降，随之排烟温度下降；反之上升。
15.2 故障处理与维护
15.2.1蓄热室堵塞处理
15.2.1.1改变蓄热室和喷口结构进行防水、防渣处理。
15.2.1.2避免蓄热室超温和二次燃烧。
15.2.1.3提高蓄热体材料的耐高温、抗渣侵蚀及热震稳定性能。
15.2.2 蓄热室超温处理
15.2.2.1蓄热室超温分为非沟流排烟超温和沟流排烟超温。前者处理主要是改善操作，后者处理主要是三方面改进：一是结构设计，二是工艺参数设计，三是蓄热体堆积。
15.2.2.2蓄热室出现超温，还可能造成篦子堵塞或烧坏等故障，处理方法是改进高温端的结构设计.
15.2.3蓄热烧嘴损坏
蓄热烧嘴损坏主要原因是蓄热室与烧嘴砖接口出现裂纹造成,处理方法是改进蓄热室与烧嘴砖接口密封设计。
15.2.4换向系统故障
换向系统故障按一般机电设备维修处理。换向系统故障时，为确保安全应使换向阀处在将供气和排烟均关断的状态。

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