蓄热式燃烧技术综述

蓄热式燃烧技术综述

贾思宁 施琼琼

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 江苏苏州 215011

摘要：

蓄热式燃烧技术采用采用蓄热材料，让燃料在高温低氧的气氛中燃烧，具有清洁、节能、高效等优点，是目前最具有潜力，且最受欢迎的燃烧技术。本文主要从蓄热式燃烧的原理及发展等方面进行了阐述，并对两种蓄热式燃烧的工作方式进行了比较和分析，通过梳理与总结，为今后蓄热式燃烧技术的研究方向提供参考。

关键词：

蓄热式燃烧；蓄热体；蓄热式烧嘴；换向阀

正文：

1 前言

十二五以来，能源（尤其是不可再生能源）和环境问题已经被我们的党和领导列为中国可持续性发展的重要待解决问题之一。面对日益突出的资源和环境问题，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。而蓄热式燃烧技术就能很好的实现这一目标。蓄热式燃烧技术最大的优势是助燃空气预热到高温后，可以采用低氧燃烧的方式降低NOx排放，是一种在高温状况下燃烧的技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型燃烧技术，它具有低NOx排放率、低能耗、高热效率的优点，主要用于钢铁冶金、机械、建材等工业部门中，并已出现迅猛发展的势头。至今有关该项技术在国内已有部分专利，且广泛应用，取得了相当的经济效益[ⁱ]。

2专利技术实证分析

专利信息实证分析是从专利文献中采集专利信息，对其主要指标进行加工、整理和分析，这些主要指标包括如专利类型分析、技术发展趋势分析、年度趋势分析、地域性分析、申请人（发明人）分析、技术分支分析等等。

2.1申请量分布

（1）主要国家申请量分布

日本是研究蓄热式燃烧技术相对较早的国家，也是至今为止相关申请量最多的国家，其次是中国、美国，从全球申请量分布图可看出，各国对于蓄热式燃烧技术的重视程度和迫切需要。

（2）中国申请量分布

我国80年代中后期，才开始研究蓄热式燃烧技术，申请量也是从80年代后期才开始， 早期的有关蓄热式燃烧技术的申请主要是从设置蓄热室开始。

一直到90年代末，国内有关蓄热式燃烧技术的相关申请一直处于平稳趋势，申请量较少。但从这以后，由于环保和节能等要求，国内逐渐意识到蓄热式燃烧的重要性和迫切性，申请量逐渐增加。从90年代末到2008年，在这期间，国内已掀起研究蓄热式燃烧技术的浪潮，能看到明显的增长趋势，而从2008年以后，申请量的增长速度有明显飙升。

2.2技术主题分布

蓄热式燃烧系统的三大主要部件分别是蓄热式燃烧器、换向阀和蓄热体，其自研究以来，国内相关申请量趋势图如下，从图中可知，从90年代到21世纪初，有关蓄热式燃烧技术无论是蓄热体、燃烧器还是换向阀，其申请量一直很少， 直到2000年以后，才有了缓慢发展的趋势。

对于蓄热式燃烧器和蓄热体来说，从开始研究一直到2014年左右，其申请量增长趋势比较类似，且大约从2002年以后，两者的申请量明显高于换向阀的申请量。对于换向阀来说，即使到了2008年以后，其申请量相对较多，但这之后的几年，申请量一直处于保持平稳。

下图示出了蓄热式燃烧系统三大主要部件的申请量占比。

3蓄热式燃烧技术与工业炉相结合

由于换向蓄热燃烧系统，每次换向需要点火。点火瞬间炉膛压力大，需设置泄压口，且点火瞬间对炉门等冲击大，长期运行，减小了设备寿命。对于烧重油的炉子，不能直接对重油采用电子点火。所以换向蓄热燃烧系统，需增加附加燃料(轻油)一直小火燃烧，以便换向时及时将重油点燃。

蓄热式燃烧自研究以来很长一段时间都是以燃料换向的工作方式进行的交替蓄热、放热。燃料不换向的工作方式是到后期发展起来的，之所以有该种方式的产生，是因为燃料换向型工作方式在实际使用过程中存在一定的局限性，主要是在使用油料、特别是使用粘度较高的油料作为燃料时，烧嘴经常发生堵塞、结焦、断火、不燃等现象，给安全生产留下极大的隐患。而燃料不换向的工作方式解决了这一问题，因此得到了一定的应用范围。

结束语：

研究热点/方向：2000年左右以前，主要集中于蓄热式燃烧的关键部件，包括蓄热体、蓄热式烧嘴及换向阀的研究，在这以后，大量的研究转向蓄热式燃烧与各类炉体相结合的燃烧方式，毕竟研究的结果要应用到实际工业中。在结合应用的过程中，难免会出现各种问题，针对这些问题，目前已有相关申请对其进行改进，但对于某些较难攻克的问题，仍在探索和研发阶段。

虽然蓄热式燃烧具有一系列优点，但仍存在一些关键问题[ⁱⁱ]：比如换向阀的可靠性和耐久性的保证，NOx的控制，炉压的控制等。对于换向阀来说，经过实践证明，阀本身宜采用旋转式，且旋转角度越小越好，阀的换向必须采用可靠性高的驱动装置，如气体驱动。在NOx的控制方面，采用两段燃烧可有效降低燃烧产生的NOx排放，与此同时，还要求快速可靠地控制空燃比。由于蓄热式燃烧器在周期性地切换过程中，炉压也相应的会出现周期性的变化，但这一变化滞后于烧嘴的切换，因此，也需周期性地进行控制，并尽可能保证工业炉的气密性。除此之外，由于炉内含氧量的周期性变化，对工件亦会产生影响，在提高余热回收率的同时，也须考虑炉内气氛对加热工件的影响。

i[]秦文，谢国威，于宏，王春凯.浅析蓄热式燃烧技术[J].冶金能源，2006，25(5):45-48.

ii[] 刘日新，刘广林.蓄热燃烧技术及其在冶金工业炉中的应用[J].工业炉，2000，22（2）：29-31.

作者简介：贾思宁（1989-），女，硕士，助理研究员，主要从事炉窑领域的专利审查；施琼琼（1987-），女，硕士，助理研究员，主要从事干燥、燃烧器领域的专利审查（等同于第一作者）。