工業(yè)窯爐脈沖燃燒技術(shù)的應(yīng)用與效益淺析

張茲偉

摘?要：圍繞工業(yè)窯爐展開研究，分析脈沖燃燒技術(shù)的應(yīng)用原理和應(yīng)用特點，并詳細闡述該項技術(shù)的實際應(yīng)用方案，最后，基于我國產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，淺析脈沖燃燒技術(shù)的效益。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用原理;應(yīng)用特點;應(yīng)用效益;工業(yè)窯爐;脈沖燃燒技術(shù)

眾所周知，工業(yè)窯爐在我國社會生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著重要的角色，對經(jīng)濟發(fā)展的作用不容置疑，同時，工業(yè)窯爐的運行也消耗著大量的能源，因此，新時期我國尤為重視工業(yè)窯爐的燃燒控制工作，致力于維系窯爐的整體性能，進而達成窯路運行節(jié)能目標(biāo)，最大程度的減少對環(huán)境的污染。

現(xiàn)階段，我國普遍應(yīng)用連續(xù)比例燃燒控制形式，通過控制燃料和助燃空氣的流量來保證溫度和燃燒氣氛合理，但不容忽視的是，應(yīng)用該種控制形式時，十分容易受工況波動的影響，進而導(dǎo)致最終的控制效果不盡人意。因此，文章提出脈沖燃燒控制技術(shù)，旨在達成降低窯爐能耗、優(yōu)化窯爐生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量的目標(biāo)。

一、脈沖燃燒技術(shù)的應(yīng)用原理和應(yīng)用特點

脈沖燃燒控制技術(shù)以固定各燒嘴空煤氣流量，間斷燃燒方式、憑借脈寬調(diào)制技術(shù)、在科學(xué)調(diào)節(jié)燃燒時間通斷比的情況下，最終達成控制窯爐溫度的目標(biāo)。在工業(yè)窯爐燃燒狀態(tài)下，只需利用主燃料控制閥門即可實現(xiàn)對燃料流量的在線調(diào)節(jié)，確保燒嘴能夠處于最佳的燃燒狀態(tài)。同時，基于控制系統(tǒng)，能夠在工業(yè)窯爐內(nèi)部通過氣流及火焰的間斷通斷，達到持續(xù)攪拌爐氣，較易形成均勻的溫度場，在溫度場達成均勻分布狀態(tài)后，燒嘴交替燃燒，根據(jù)升降溫的需要，靈活調(diào)整燒嘴燃燒時間和間斷時間[1]，使得爐膛壓力的波動控制在可接受的范圍。最后，基于工業(yè)窯爐的設(shè)定溫度，也能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料流量的控制，以保證窯內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量良好。

作為一項新型的帶有高節(jié)能和低污染特點的技術(shù)，脈沖燃燒控制技術(shù)系統(tǒng)簡單、成本低廉、可實現(xiàn)對空燃比和工業(yè)窯爐內(nèi)部氣氛的理想控制目標(biāo)。同時，該項技術(shù)也可維系工業(yè)窯爐內(nèi)部溫度場的均勻[2]。最后，基于脈沖燃燒控制技術(shù)，燒嘴的負荷調(diào)節(jié)比明顯增大，熱工效率更為理想，能耗也顯著降低。

與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相比較，基于脈沖燃燒控制技術(shù)的控制系統(tǒng)儀表數(shù)量顯著減少，僅通過溫度傳感器、控制器和執(zhí)行器即可實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運行，同時標(biāo)定過流量的燒嘴空燃比例穩(wěn)定，燃燒充分，不僅能夠節(jié)約硬件成本，還能夠節(jié)約燃料成本。另外，基于兩位式開關(guān)控制，執(zhí)行器也變?yōu)殡姶砰y門，系統(tǒng)可靠性大為提升。最后，在時間周期性變化背景下，工業(yè)窯爐脈沖燒嘴的壓力和溫度等參數(shù)也隨之變化，在一定程度上，強化了傳熱質(zhì)混合過程，對陶瓷等產(chǎn)品的燒成起到了一定的推動作用。

二、脈沖燃燒控制關(guān)鍵技術(shù)

一直以來，平焰式結(jié)構(gòu)的燒嘴都是工業(yè)窯爐燃燒系統(tǒng)的首選，在燃料和助燃空氣簡單混合后，即可實現(xiàn)窯內(nèi)燃燒，故燒嘴的流速不盡人意，同時，平焰式結(jié)構(gòu)的燒嘴入射錐角和旋轉(zhuǎn)情況皆不盡人意，使燃燒無法達到充分狀態(tài)。而應(yīng)用脈沖燃燒控制技術(shù)后，工業(yè)窯爐的燒嘴則必須能適應(yīng)多種燃燒介質(zhì);必須能滿足高溫?zé)梢?必須能適應(yīng)低壓燃料燒成和熱風(fēng)助燃;必須具備較高的出口流速和燃燒效率;必須具備自動點火、熄火保護和火焰監(jiān)測等功能[3]。

基于窯爐熱工參數(shù)系統(tǒng)具有的多變量、強耦合和慢時變的特點，為達成各項參數(shù)匹配、優(yōu)化燃燒效果、降低能耗的目標(biāo)，要重視高溫脈沖燃燒系統(tǒng)的研究工作和設(shè)計工作。

三、脈沖燃燒控制技術(shù)的實際應(yīng)用

從發(fā)達國家角度來看，其十分重視窯爐節(jié)能基礎(chǔ)理論，并積極運用計算流體動力學(xué)手段，分析和預(yù)測燃燒過程，并構(gòu)建相關(guān)實驗研究工作，為后續(xù)工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。以德國KROM公司為例，其在燃燒控制系統(tǒng)方面主要應(yīng)用儀表控制方式，鮮少應(yīng)用計算機和現(xiàn)場總線系統(tǒng)，近段時間以來，德國KROM公司與時俱進，開始推廣現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)化集成的燃燒控制系統(tǒng)，取得了一定的應(yīng)用效果。

現(xiàn)階段，在硅酸鹽梭式窯上，眾多窯爐制造商開始引進脈沖燃燒控制技術(shù)相關(guān)原理，基于該項技術(shù)的燃燒特點和相關(guān)工藝要求，窯爐制造商普遍認(rèn)為“脈沖+比例”更適用于陶瓷產(chǎn)品的燒成工作中[4]。

脈沖燃燒控制技術(shù)的應(yīng)用對脈動周期、脈寬和脈動轉(zhuǎn)化過程要求皆比較嚴(yán)苛，同時，高速脈沖燒嘴和普通燒嘴也存在顯著的差異，必須滿足大小火的連續(xù)可調(diào)和頻繁交替。在我國國內(nèi)，湖北黃岡華窯中州窯爐有限公司自1994年就開展了有關(guān)工業(yè)窯爐高溫脈沖燃燒技術(shù)的研究，從2000年開始，企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了將高溫燃燒節(jié)能系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)在300多個工業(yè)窯爐內(nèi)部的應(yīng)用，同時，北京的神霧熱能技術(shù)公司也研發(fā)了獨具特色的脈沖燃燒系統(tǒng)，并利用系統(tǒng)實現(xiàn)了對工業(yè)窯爐溫度的精準(zhǔn)控制。

四、脈沖燃燒控制技術(shù)的應(yīng)用效益分析

（一）與傳統(tǒng)燃燒技術(shù)對比

相比于傳統(tǒng)燃燒技術(shù)，脈沖燃燒控制技術(shù)系統(tǒng)造價、能源降耗、人力資源支出和適用性更為理想，在產(chǎn)品燒成質(zhì)量方面，也更加優(yōu)越[5]。

（二）能源效益和環(huán)境效益

基于脈沖燃燒控制技術(shù)，燃燒熱效率大為提升，相對于仍然應(yīng)用傳統(tǒng)燃燒技術(shù)的工業(yè)窯爐，燃料消耗明顯較少，在一定程度上，還可提升工業(yè)窯爐產(chǎn)品燒成質(zhì)量。同時，基于脈沖燃燒控制技術(shù)，不僅能夠減少有害氣體生成，還能夠減少燃燒排放物，環(huán)境污染控制效果理想。

（三）社會效益

基于脈沖燃燒控制技術(shù)，不僅能夠使社會生產(chǎn)領(lǐng)域每年的燃料支出費用大量減少，同時，還能夠極大的提升產(chǎn)品燒成合格率和自動化程度，在人力成本和系統(tǒng)造價成本大為減少的背景下，相關(guān)產(chǎn)品在國際市場上的競爭力也能夠得以強化。

結(jié)束語：

總而言之，作為一項新型的燃燒控制技術(shù)，脈沖燃燒控制技術(shù)在新發(fā)展階段前景廣闊，值得在陶瓷、冶金和石化等行業(yè)深度應(yīng)用，不僅能夠優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能消耗目標(biāo)，控制環(huán)境污染，進而推動我國社會生產(chǎn)力的持續(xù)提升，推動我國經(jīng)濟領(lǐng)域的穩(wěn)步發(fā)展。

參考文獻

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[2]?張倩，張彤. 脈沖燃燒控制技術(shù)在連續(xù)退火爐中的應(yīng)用[J]. 自動化與儀器儀表，2015，000（008）：70-71.

[3]?楊東丹，梁春華，孫明霞. 脈沖爆震燃燒室/加力燃燒室的最新進展[J]. 航空制造技術(shù)，2015，485（15）：113-116.

[4]?申凱，張文平. 一種連續(xù)退火爐脈沖燃燒燃氣壓力控制方法[J]. 冶金自動化，2017，041（004）：48-53.

[5]?李世超，高宏力，劉偉雄，等. 基于結(jié)合部優(yōu)化的脈沖燃燒風(fēng)洞測力系統(tǒng)動態(tài)特性優(yōu)化[J]. 推進技術(shù)，2018，v.39;No.247（01）：176-184.