充分利用废热，提高能效：废气预热燃烧器的应用

2.8.1 利用燃烧炉烟道气废热预热空气

从燃烧炉排出的废气一般比指示的炉温至少高50℃。排出的废气温度越高，在炉内可利用的热越少。

燃烧是燃料和空气中的氧的化学反应。空气中的氧约占21%，燃料燃烧时需要大量空气。用冷空气和燃料混合燃烧，要消耗大量燃料。利用燃烧产物的烟道气预热空气、用热空气燃烧节约燃料效果显著，是燃烧炉最大的节能措施。

2.8.2 预热空气的热交换器

热交换器也称换热器，设置在排出废气的烟道中（见图6-11），靠金属或陶瓷管道内外表面的传热实现烟道气对空气的预热。热交换器分为反向流、平行流和横流三种结构（见图6-12），其热交换效率取决于换热面积的大小，要求高的预热空气温度需要大的换热表面积。制造热交换器的材料要求具有高的抗高温腐蚀能力。

图6-11 热交换器原理

2.8.3 可预热空气的燃烧器

在燃烧器中也可用排出的废气预热空气。为此可 采用双层金属套管式结构（见图6-13a）。燃烧后废气从套管夹层排出，把从中间进入燃烧器的空气-燃烧混合气加热，然后再点燃。燃烧器中也可设置陶瓷蓄热块，用排出的废气加热蓄热块，并预热空气后参与燃烧（图6-13b）。后一种燃烧器可使空气预热到1000℃，而燃烧产物中的NO_x在允许范围内。

图6-12 热交换器类型

图6-13 可预热空气的燃烧器

2.8.4 蓄热再生式燃烧器

热回收系统性能会受到热交换器表面积、预热空气上限温度以及金属热交换器表面氧化等因素限制。用内置陶瓷蓄热块，两套交换蓄热和再生式燃烧系统（见图6-14）可避免以上限制。图6-15所示为热交换器和蓄热再生燃烧器系统的节约燃料效果。

2.8.5 可预热空气的辐射管

用燃料加热且通入可控气氛的热处理炉使用辐射管。在辐射管中设金属套管或陶瓷蓄热块，用排出的废气预热进入的空气节约燃料效果显著。图6-16所示为这种可预热空气的单管和P形辐射管。

图6-14 再生式燃烧器燃烧过程示意图

图6-15 热交换器和热再生式燃烧器系统与节约燃料的关系(www.xing528.com)

图6-16 新式可预热空气的单管和P形辐射管

2.8.6 蓄热再生式辐射管

辐射管两端空气交替预热、换向燃烧，蓄热再生式辐射管如图6-17所示。管的两端都设有预热空气的陶瓷蓄热块，用计算机控制，可使交替换向燃烧周期保持为20s。这种结构的辐射管换热效率很高，使用寿命也长。

2.8.7 高速燃烧蓄热再生U形辐射管

日本于1998年研发出了一种高速燃烧蓄热再生式U形辐射管（见图6-18），使用丁烷燃料，可把空气预热到400～600℃，排出的废气温度只有300℃，热 效率提高10%以 上，每月 节电33957kW·h，节约丁烷1817000m³。由于采用向空气中添加回流燃烧产物使其再循环，使空气中氧的体积分数降低，形成管内低氧燃烧，即使通入高温空气也不会造成局部过热，保持平衡的高温空气助燃，可使NO_x保持在40×10^-4%以下，显著低于排放极限。

图6-17 蓄热再生式陶瓷辐射管示意图

图6-18 高速燃烧蓄热再生式U形辐射管

2.8.8 燃烧脱脂炉

工件机械加工后表面附有油脂和切削液，进行热处理前必须清除干净。此工序被称为热处理“前清洗”。通常采用热碱液清洗法，清洗后尚需清水漂洗和干燥，才可装入热处理炉加热。用过的碱液还需将油从液中分离出来，清洗液继续重复使用。用燃料脱脂法代替碱液清洗法，使用少量燃料在脱脂炉（见图6-19）内把工件加热到500～550℃，使表面油脂蒸发和燃烧。钢件在进入热处理炉前的脱脂同时有预热作用，缩短在热处理炉内的加热时间。钢件表面的轻微氧化有助于减轻渗碳时的表层内氧化，提高产品质量。蒸发的油脂能参与燃烧，节约脱脂炉燃料。燃烧后的废气可用于清洗液和回火炉加热，实现余热利用。

图6-19 燃烧脱脂炉

2.8.9 辐射管燃烧废气的利用

辐射管燃烧后排出的废气可作为回火热源，920℃的气体渗碳炉辐射管排出的废气预热空气后的温度达550℃，可用热流鼓风机通过保温管道送到120℃的回火炉施行渗碳淬火件的低温回火，如图6-20所示。

图6-20 辐射管燃烧废气的利用

2.8.10 用淬火槽内的热油加热清洗液

工件用油淬火冷却时，淬火油吸收了大量的热能，温度会不断上升，当油温接近燃点时易发生火灾，故经常需通水冷却。清洗碱液工作温度一般为80～90℃，如用热油加热碱液，也不失为一种很好的节能方式（见图6-21）。