焚烧炉的高温空气燃烧技术的发展历程

早的焚烧炉子，烟气中的热量无法回收利用，高温烟气带走燃料中70～80%的能量，而炉子的热效率只有20～30%。到了二十世纪中期，国内外开始采用在烟道上安装空气预热器的方法来回收烟气中的热量；经过半个世纪的发展和完善，排烟温度大幅度下降，炉子的热效率提高到50%左右。尽管如此，烟气仍然带走燃料中40～50%的能量；而且空气预热器使用寿命有限，维修困难。

使用蓄热室回收烟气的热量不能算一项新技术；在十九世纪末期英国已经有人采用，我国平炉炼刚用过的格子砖也是一例。当时的蓄热室体积庞大，而且加热空气的效果并不十分理想，因此没有得到广泛应用。进入二十世纪八十年代以后，由于材料科学的飞速发展，在欧洲开发出一种陶瓷球蓄热材料。这种陶瓷球热导率高，比热容大，耐高温；以陶瓷球作为蓄热体吸收烟气热量，空气可以很稳定地预热到1000℃以上。由于蓄热燃烧技术节能效益显著，因此在英国、美国得到应用。然而当时的蓄热燃烧技术并不是真正意义上的高温空气燃烧技术。燃烧产物中NOX的浓度是和燃烧温度成指数关系变化的；一味提高空气预热温度而不采取有效措施***NOX的生成，会引起NOX排放的急剧增加。蓄热燃烧技术在节能和环保两方面的矛盾限制了蓄热燃烧技术的推广。

高温空气燃烧技术是田中良一等人在二十世纪八十年代末期提出的；九十年代初期，在日本***资助下，由日本一些企业和研究所共同开发完成。田中良一***的研究小组以陶瓷蜂窝体作蓄热体，预热空气的温度仅比炉温低50～100℃；同时，在燃烧区将助燃空气的氧含量由21%降到2～4%，解决了高温空气燃烧下高NOX排放问题。使用高温空气燃烧技术，排烟温度低于150℃，低温烟气带走的能量只占燃料化学能的10%左右，炉子的热效率接近90%。

我国应用焚烧炉高温空气燃烧技术的效益

二十世纪九十年代至今，焚烧炉高温空气燃烧技术已经在日本冶金行业得到广泛推广应用。以日本NKK钢管公司福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉为例，1996年采用高温空气燃烧技术后，吨钢能耗减少25%（见表1）。

表1 福山热轧厂230t/h热轧步进式加热炉技术参数

目前我国每年生产钢铁的产量超过一亿吨；***冶金行业的加热炉超过一千座，轧钢加热炉的平均单位产量能耗为1.76GJ/吨钢。如果其中80%的加热炉能使用高温空气燃烧技术进行改造，达到平均节能25%的水平，按我国钢铁行业每年加热钢材一亿吨计算，仅此一项***每年节约的能量为120万吨标准煤。对于其它燃烧效率更低的加热炉，如果使用高温空气燃烧技术进行改造，节能潜力更加可观。一些常规条件下难于燃烧的低热值煤气，以前只能排空放散，既污染大气又浪费能源。高温空气燃烧技术可以使这部分低热值燃料得到充分利用，变废为宝。

使用高温空气燃烧技术除了经济效益非常明显以外，环保效益更加显著。由于提高热效率，燃料减少25%，相应的各种燃烧产物如CO2也减少25%；燃烧过程在高温低氧条件下进行，不但含CO2和NOX烟气的排放体积减少，而且排放浓度也有所降低，总排放量大幅度减少。烟气中的显热回收后，排烟温度大幅度降低（低于150℃），减少热污染。低热值燃料的利用，还减少排空放散对大气的污染。

解决垃圾焚烧炉炉排断火的措施

解决垃圾焚烧炉炉排断火问题应以预防为主，应对措施如下。

(1)锅炉操作者控制好火床在合适的长度，且主燃烧区基本在第二、三风室之间上部的炉排位置，防止主燃烧区过于靠前。

(2)垃圾吊操作人员尽量投料均匀。一是尽量投发酵好的料;二是尽可能地分几次投完一个抓斗的垃圾，使得垃圾蓬松的堆积在溜槽;三是用机械抓的闭合状态进入垃圾堆后再打开机械抓的方式松散垃圾，使垃圾入炉前不成团或少成团。

(3)锅炉操作者与垃圾吊操作人员紧密合作，控制料床厚薄适宜。如垃圾吊操作人员发现垃圾热值或灰分明显有变化时，要及时通知锅炉操作者提前进行调整工作。若垃圾的热值高，料床厚度适当减薄，垃圾的热值低，料床的厚度适当增加;若垃圾重，料层适当控制薄一些，垃圾轻，料层控制稍厚一点。

(4)操作者不断积累经验，灵活应用DCS系统中的炉排、给料器控制功能，依据垃圾的实际情况及时调整。

(5)启炉时，炉膛温度达到一定值时才将垃圾推入上炉排烘烤，待确认上炉排垃圾大面积着火后，炉排才开始运动，并设定恰当的上炉排和下炉排的运动速度，防止启炉过程炉排断火。

炉渣的热酌减率偏高

炉渣的热灼减率是指焚烧后的炉渣在600℃左右高温加热3h后减少的质量百分比。生活垃圾焚烧后的炉渣由熔渣、石头、陶瓷、金属等无机物和少量可燃物组成，其热灼减率高，说明垃圾没有被烧透，垃圾减量化、无害化不彻底，増加了炉渣在运输和填埋过程中对环境造成二次污染的风险。在一个月内，随机取该厂焚烧炉渣10个样品，分析其热灼减率如图1所示，从图中可知，热灼减率均低于5%，但很不稳定，且超出一半的样品的热灼减率超出公司的内控指标(≤3%)要求，同时观察发现炉渣中有未燃尽的有机物存在。