軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利分析

2019-03-22 07:59:58康斌

四川冶金 2019年1期

康斌

(四川省冶金情報標(biāo)準(zhǔn)研究所，四川成都 610041)

蓄熱式燃燒技術(shù)是一種煙氣余熱回收技術(shù)，其核心是高溫空氣燃燒技術(shù)，是1980年代后期發(fā)展起來的一種全新的燃燒技術(shù)，在1990年代得到快速發(fā)展并推廣，其集節(jié)能、環(huán)保等多重優(yōu)點(diǎn)于一體，為各國進(jìn)一步提高燃料利用率、降低環(huán)境污染帶來了新的機(jī)遇，被國際燃燒界公認(rèn)為燃燒領(lǐng)域的革命。其基本原理是采用高效的蓄熱式換熱裝置最大限度地回收高溫?zé)煔庵械娘@熱，用于預(yù)熱助燃空氣，獲得高達(dá)1000 ℃以上的高溫助燃空氣，使燃料在高溫、低氧濃度氣氛中燃燒。

傳統(tǒng)的蓄熱式燃燒技術(shù)蓄熱體表面積小，傳熱和蓄熱效率低，體積龐大，換向時間也較長，在軋鋼加熱爐上無法應(yīng)用。伴隨著科技和材料的進(jìn)步，出現(xiàn)了耐熱溫度高、抗熱振強(qiáng)度高、表面積大的蓄熱體，傳熱速度大大提高。在該情況下，可采用較短的換向周期，蓄熱室得以小型化，使得從1990年代開始蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用在軋鋼加熱爐，成效顯著，國內(nèi)各主要軋鋼廠都建造采用蓄熱式燃燒技術(shù)的加熱爐。國內(nèi)軋鋼廠采用蓄熱式燃燒技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用最成功，數(shù)量也是最多，提振了中國鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展。

采用蓄熱式燃燒技術(shù)的軋鋼加熱爐，可將加熱爐排放的高溫?zé)煔饨抵?150 ℃以下，熱回收率達(dá) 85%以上，節(jié)能 30%以上；可將空氣和煤氣預(yù)熱到 700～1000 ℃以上；減少氧化燒損，使氧化燒損小于 0.7%；通過組織貧氧燃燒，極大降低煙氣中 NOx 的排放(NOx 排放減少 40%以上)，同時，由于其顯著的節(jié)能效果，也減少了溫室氣體的排放(CO2減少 10%-70%)；采用蓄熱方式實(shí)現(xiàn)加熱爐廢氣余熱的極限回收，同時將助燃空氣、煤氣預(yù)熱至高溫，從而使加熱爐熱效率大幅提高，生產(chǎn)效率可提高 10%～15%；另外，低熱值燃料借助高溫預(yù)熱的空氣可獲更高的燃燒溫度，從而拓展了低熱值燃料的應(yīng)用范圍。

1 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請時間分布

1990年代初期軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)開始發(fā)展，日本鋼管、中外爐工業(yè)株式會社和新日鐵在該項(xiàng)技術(shù)方面取得重大突破。日本將蓄熱式燃燒系統(tǒng)的節(jié)能與環(huán)保相抵觸的難題提到科技攻關(guān)的地位。1992年成功研發(fā)出實(shí)現(xiàn)“余熱極限回收和低NOX燃燒”的蓄熱式燃燒系統(tǒng)，繼而成功應(yīng)用在日本國內(nèi)各熱軋廠連續(xù)式大型加熱爐上，并稱之為“環(huán)境協(xié)調(diào)型蓄熱式燒嘴加熱爐”。軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請數(shù)量成倍增加。其中，日本工業(yè)爐株式會社采用蜂窩狀蓄熱體開發(fā)了蓄熱式高性能工業(yè)爐，并推廣應(yīng)用在新日鐵、日本鋼管、川崎、住友等50家鋼鐵公司。

從圖1可以看出，我國軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)始于1990年代末。1997年，大連北島能源技術(shù)有限公司最早開發(fā)應(yīng)用了全燒高爐煤氣的蓄熱式加熱爐。2000年，北京神霧熱能技術(shù)有限公司成功開發(fā)應(yīng)用了蜂窩蓄熱式加熱爐。首鋼在2002年和2003年成功實(shí)現(xiàn)應(yīng)用蜂窩和小球蓄熱式技術(shù)的加熱爐改造。眾多鋼廠推廣應(yīng)用了新一代蓄熱式加熱爐，生產(chǎn)能力由小向大，加熱品種由單一向多樣、結(jié)構(gòu)緊湊、高效長壽等方向發(fā)展。到21世紀(jì)10年代我國軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)取得重大突破，并成為該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用國家。

圖1 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)1992—2016年在國內(nèi)外的專利申請情況

2 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利地區(qū)分布

表1為軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利優(yōu)先權(quán)國家地區(qū)排名。專利優(yōu)先權(quán)國在一定程度上代表了技術(shù)研發(fā)國。專利優(yōu)先權(quán)國申請專利的多少一定程度上反映了該國家和地區(qū)的技術(shù)創(chuàng)新能力和活躍程度。

從表1看出，軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)的專利優(yōu)先權(quán)國家排名第一的是中國，說明中國是軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)首要的專利研發(fā)國家，這是和中國國情緊密相關(guān)的。蓄熱式燃燒技術(shù)在中國軋鋼企業(yè)得到廣泛應(yīng)用有兩個原因：第一，中國鋼鐵企業(yè)的能源策略和國外有所不同，在大型鋼鐵企業(yè)，低熱值煤氣一般沒有用于發(fā)電，傳統(tǒng)上都與高熱值煤氣混合后用作軋鋼的燃料，由于混合煤氣熱值的限制，低熱值煤氣可能有富余，對蓄熱式燃燒有內(nèi)在的需求；第二，許多非大型聯(lián)合企業(yè)，根本沒有高熱值煤氣，企業(yè)有的低熱值煤氣采用傳統(tǒng)燃燒技術(shù)不能用于軋鋼，只能放散，而外購能源的費(fèi)用非常昂貴，企業(yè)的成本壓力太大，因而這類企業(yè)多轉(zhuǎn)向使用蓄熱式燃燒技術(shù)。

排名第二的是日本。由于能源和環(huán)境問題日益突出，日本政府在1990年提出 “防止地球溫暖化行動計(jì)劃”的三大開發(fā)項(xiàng)目，其中之一就是“高性能工業(yè)爐的開發(fā)”，目標(biāo)是通過使用1000 ℃以上的預(yù)熱空氣，使CO2排放降低30%，裝置尺寸降低20%，使NOX排放滿足環(huán)境控制的要求。日本在軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利優(yōu)先權(quán)國家地區(qū)分布排名雖然位列第二，但是擁有很多核心發(fā)明，專利質(zhì)量非常高。多項(xiàng)技術(shù)在美國、英國、澳大利亞、加拿大、墨西哥等國家應(yīng)用成功。

表1 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利優(yōu)先權(quán)國家地區(qū)分布排名

3 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請人分布

表2為軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請人排名，可以看出專利申請人分布情況。

其中，軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請最多的鋼鐵企業(yè)是日本鋼管(JFE)。日本鋼管公司開發(fā)并投入使用的節(jié)能效果顯著的蓄熱式燒嘴。該燒嘴采用緊湊型陶瓷蜂窩狀蓄熱體，與傳統(tǒng)金屬式蓄熱體相比，預(yù)熱空氣的溫度可從最高700 ℃提高到1300 ℃，其節(jié)能效果明顯。該最新蓄熱式燒嘴已實(shí)用于熱軋連續(xù)加熱爐和厚板分批加熱爐，與傳統(tǒng)燒嘴相比，節(jié)省燃料分別為25%和40%。該技術(shù)曾獲1998年日本全國優(yōu)秀節(jié)能技術(shù)進(jìn)步獎。

中外爐工業(yè)株式會社是日本最大的專業(yè)工業(yè)爐公司，作為“熱處理技術(shù)的龍頭企業(yè)”，中外爐工業(yè)在各個時代都制造出了各種劃時代性的工業(yè)爐及設(shè)備裝置。中外爐工業(yè)株式會社超過對100種燃燒器的最先進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行組合，以支持和滿足產(chǎn)業(yè)各界的主要設(shè)備控制需求。

新日鐵1997年開發(fā)了一種控制加熱爐燃燒的方法，可以提高蓄熱量和傳熱效率。

在日本，工業(yè)爐加熱技術(shù)的開發(fā)和推廣由日本政府同產(chǎn)省主持，由日本工業(yè)爐株式會社提供技術(shù)和裝置，并在1998年日本鋼管福善制鐵廠發(fā)表了該廠230 t/h熱軋步進(jìn)式板坯加熱爐使用蓄熱式加熱技術(shù)的節(jié)能降污效果，1999年3月日本鋼管和日本工業(yè)爐株式會社因環(huán)境調(diào)和型蓄熱式燒嘴加熱系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用獲得最高科技獎-大河內(nèi)獎。

大同鋼公司1916年工廠生產(chǎn)采用1.5THeroult型電弧爐，是日本最早的一種煉鋼爐。它在日本擁有17個設(shè)備完善的工廠和一個技術(shù)研究開發(fā)中心。在熔煉工藝上，大同特殊鋼與新日本制鐵和法國Usin-Spacil一起共同開發(fā)了DC電弧爐(DCarcfurnace)，大同特殊鋼已建立了潔凈鋼制造系統(tǒng)ELVAC，它包括電弧爐熔煉、鋼包精煉、真空脫氣和連續(xù)鑄造，其核心是鋼包精煉LF(Ladle Furnace Refining)，采用大同自行開發(fā)第二代精煉過程。使工具鋼產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)尺寸連續(xù)可調(diào)軋制。近年來，采用蓄熱燒嘴的加熱爐不斷增加，大同特殊鋼公司機(jī)械事業(yè)部在川崎廠軋鋼系統(tǒng)建了四座帶蓄熱式燒嘴的加熱爐。

河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司2013年熱軋部職工丁國偉主研的“輥底式加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā)”成果以其先進(jìn)的技術(shù)性、顯著的節(jié)能效果。丁國偉及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)成員結(jié)合傳統(tǒng)的蓄熱式燃燒設(shè)備廢氣排放溫度高、能源利用率低等缺陷，自主創(chuàng)新開發(fā)了輥底爐的蓄熱式燃燒技術(shù)，從改變換熱方式、采用新型蓄熱式燒嘴、改進(jìn)爐體結(jié)構(gòu)、增加燃燒自動控制等多方面入手，實(shí)現(xiàn)了輥底爐高效蓄熱燃燒，加熱爐運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。在唐鋼熱軋部1810線輥底爐實(shí)施后，節(jié)能效果顯著，噸鋼能耗降幅達(dá)33%。

川崎制鐵申請了一項(xiàng)專利，涉及一種傳熱變換設(shè)備，在加熱爐等爐內(nèi)裝入這種熱輻射率高、熱容積小的傳熱變換裝置后提高了爐內(nèi)的熱效率，該裝置在該所的加熱爐、均熱爐等36臺加熱設(shè)備采用后，均取得了節(jié)能7%的效果。這些裝置所需的費(fèi)用總額為1400萬日元，但一年可節(jié)能兩億三千萬日元。

吳道洪1994年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)航空發(fā)動機(jī)專業(yè)并獲博士學(xué)位，1995年進(jìn)入中國石油大學(xué)重質(zhì)油加工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究一年，畢業(yè)時創(chuàng)建了北京神霧集團(tuán)，北京神霧公司是目前中國運(yùn)營最成熟的燃燒節(jié)能公司，已自主研發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的蓄熱冷凝式鍋爐、余熱鍋爐、水煤漿鍋爐、油田注氣爐、WNS燃油(氣)鍋爐等五大系列，近一百多種規(guī)格，可滿足客戶的不同需求。

北京首鋼設(shè)計(jì)院于1987年參照武鋼熱軋板步進(jìn)式加熱爐圖紙和首鋼第三線材廠步進(jìn)式加熱爐圖紙?jiān)O(shè)計(jì)了中厚板2號加熱爐，加熱爐存在區(qū)域狹窄、設(shè)備落后和單耗高等問題，首鋼總公司從2002年開始進(jìn)行型材廠和中厚板廠加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)改造。應(yīng)用蜂窩體分散控制蓄熱式燃燒技術(shù)改造基本內(nèi)容，利用Fluent軟件、熱工測試等手段重點(diǎn)研究了加熱爐前后流場、燒嘴結(jié)構(gòu)、蓄熱體和鋼坯加熱等內(nèi)容，研究結(jié)果表明改造后加熱爐成功應(yīng)用優(yōu)選設(shè)計(jì)燒嘴，具有較為均勻的溫度場、加熱鋼坯溫度均勻等優(yōu)點(diǎn)。并對改造后加熱爐進(jìn)行應(yīng)用效果分析，結(jié)果表明，蓄熱式加熱爐可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%，降低煙氣有害物排放和提高鋼坯加熱質(zhì)量。

武鋼熱軋總廠1580 mm生產(chǎn)線2007年建成3座額定生產(chǎn)能力為270 t/h的步進(jìn)梁加熱爐，燃燒設(shè)備采用Bloom公司的空氣單蓄熱式燒嘴技術(shù)，加熱爐均為重慶賽迪工業(yè)爐有限公司設(shè)計(jì)建造，爐膛有效尺寸相同。經(jīng)過使用，鋼坯加熱質(zhì)量良好，各項(xiàng)能耗指標(biāo)先進(jìn)，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠，取得了節(jié)能降耗的效果，同時也大幅度減少了污染物的排放，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益顯著。

4 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利發(fā)明人分布

表3為軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利主要發(fā)明人統(tǒng)計(jì)?？梢钥闯觯堜摷訜釥t蓄熱式燃燒技術(shù)專利主要發(fā)明人為SUZUKAWA YUTAKA、MORI ISAO、丁國偉、張兆利、ISHIOKA MUNEHIRO、AKIYAMA SHUNICHI、吳道洪、王春峰以及馬中杰。其中排前兩名的SUZUKAWA YUTAKA和MORI ISAO都供職于日本鋼管，申請專利高峰期位于1997-1998年。有2件申請專利SUZUKAWA YUTAKA是唯一發(fā)明人，有10件申請專利是SUZUKAWA YUTAKA和MORI ISAO的合作專利。

表2 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利申請人排名

丁國偉、張兆利、王春峰以及馬中杰都供職于河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司，該公司關(guān)于軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)申請的11件專利丁國偉和張兆利都有參與發(fā)明，專利申請的高峰期是2014-2015年，其中有6件專利丁國偉是第一發(fā)明人。

表3 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利主要發(fā)明人統(tǒng)計(jì)

5 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利核心專利

表 4為軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利引證排名，專利被引頻次越高說明其專利越受重視。

其中專利CN200941000Y被引頻次為19，是北京恒拓能源與環(huán)境工程技術(shù)有限公司于2006年開發(fā)的一種蓄熱燃燒式臺車加熱爐，包括爐體、供風(fēng)總管、排煙總管及煤氣總管，在爐體上設(shè)有內(nèi)外相通的煤氣通道和空氣通道并分別與爐體外的供風(fēng)總管、排煙總管及煤氣總管連接，在所述的煤氣通道和空氣通道的內(nèi)端設(shè)有空氣和煤氣共用導(dǎo)流槽，其特征在于：還包括與所述的爐體上的煤氣通道連接的蓄熱燒嘴，該蓄熱燒嘴的一個接口與所述的空氣通道的外端連接，該蓄熱燒嘴的另一個接口通過三通換向閥與所述的供風(fēng)總管和排煙總管連接；所述的煤氣通道外端與煤氣總管之間串聯(lián)一快切閥。采用所述加熱爐生產(chǎn)高效能、工件高品質(zhì)、能源低消耗、操作安全智能化。

專利CN102242249A被引頻次為17，是首鋼總公司于2011年開發(fā)的一種改善鋼坯加熱質(zhì)量的加熱設(shè)備及使用方法。包括加熱爐、蓄熱系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)、平焰系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)、助燃空氣管道、煤氣管道、蓄熱系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)、空氣換熱器、煤氣熱管換熱器、排煙管道和煙囪；加熱爐預(yù)熱段安裝2～4個點(diǎn)火燒嘴，加熱段和均熱段均安裝12～30對蓄熱式燒嘴和4～12個平焰燒嘴，包括蓄熱式燒嘴與平焰燒嘴的助燃空氣、煤氣流量合理分配，分段設(shè)置爐溫和加熱時間，高溫?zé)煔夂蜖t尾煙氣分級預(yù)熱助燃空氣、煤氣溫度，冷熱鋼坯交叉入爐，間歇移動鋼坯，汽化冷卻鋼坯，該系統(tǒng)改善爐內(nèi)流場，通過煤氣與空氣管道系統(tǒng)的合理布置實(shí)現(xiàn)燒嘴空氣煤氣流量的優(yōu)化配置，梯級利用加熱爐高溫?zé)煔庥酂?，達(dá)到減少待爐時間提高鋼坯加熱的均勻性，實(shí)現(xiàn)鋼坯的高效加熱。

專利CN201589540U被引頻次為13，是首鋼總公司于2009開發(fā)的一種蓄熱式加熱爐爐壓控制調(diào)節(jié)裝置。該裝置包括蓄熱式加熱爐、檢測元件、流量調(diào)節(jié)閥及工控機(jī)，蓄熱式加熱爐包括加熱爐爐體、蓄熱式燒嘴、四通換向閥、三通閥、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、主煙囪和輔助煙囪。分別在空氣總管、煤氣總管、主煙道和輔助煙道安裝檢測元件和流量調(diào)節(jié)閥；蓄熱式加熱爐采用阻流板分段，加熱爐爐尾安裝微壓檢測元件；檢測元件、流量調(diào)節(jié)閥、四通換向閥和三通閥通過數(shù)據(jù)傳送線與工控機(jī)相連。該系統(tǒng)通過爐內(nèi)壓力、空氣、煤氣及煙氣流量、壓力等參數(shù)的在線測量，協(xié)同調(diào)節(jié)主煙道流量調(diào)節(jié)閥和輔助煙道流量調(diào)節(jié)閥開度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)煙氣流量和壓力平衡，從而實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)壓力的控制和調(diào)節(jié)。

專利CN201538799U被引頻次為13，是北京京杰銳思技術(shù)開發(fā)有限公司于2009年開發(fā)的一種蓄熱式無氧化加熱爐，包括：爐體；第一蓄熱燒嘴，設(shè)置在爐體外的一側(cè)，配置有第一空氣蓄熱室和第一燃?xì)庑顭崾?，其中第一空氣蓄熱室通過第一空氣/煙氣管道與空氣換向閥的第一端口連接，空氣換向閥的第二端口通過空氣管道依次與空氣流量計(jì)、空氣流量電動調(diào)節(jié)閥和空氣助煙風(fēng)機(jī)連接，空氣換向閥的第三端口通過空氣排煙管道依次與空氣排煙電動調(diào)節(jié)閥和空氣排煙風(fēng)機(jī)連接，且在空氣排煙管道上設(shè)置有空氣排煙溫度傳感器；第一燃?xì)庑顭崾彝ㄟ^第一燃?xì)?煙氣管道與燃?xì)鈸Q向閥的第一端口連接，所述燃?xì)鈸Q向閥的第二端通過燃?xì)夤艿酪来闻c燃?xì)饬髁坑?jì)、燃?xì)饬髁侩妱诱{(diào)節(jié)閥和燃?xì)鈿庠催B接，能夠有效提高熱能利用率。

專利EP715123A2被引頻次為11，是由日本豐田汽車公司和日本工業(yè)爐株式會社于1995年合作開發(fā)的一種用于蓄熱式燃燒的工業(yè)爐和燃燒器以及其燃燒方法。該系統(tǒng)包括蓄熱室、換向閥和燃燒口磚，燃燒口磚有一個沿空氣供應(yīng)和氣體排出表面延伸的突出部。該系統(tǒng)提高了燃燒過程中空氣供應(yīng)的速度，降低了CO和NOX的排放。

專利JP8247671A被引頻次為11，是由日本工業(yè)爐株式會社和日本鋼管于1995年開發(fā)的一種蓄熱式燃燒系統(tǒng)的蓄熱器。該蓄熱器具有分別設(shè)置在由陶瓷制成的至少兩個蜂窩結(jié)構(gòu)體上的若干管。蜂窩結(jié)構(gòu)體層疊到燃燒空氣的通道方向。防燃側(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)體管道的截面面積比燃燒側(cè)結(jié)構(gòu)體管道的截面面積窄。該蓄熱器的優(yōu)勢是防止爆裂，保持熱交換效率。減少蓄熱器的交流頻率，從而降低維護(hù)和安裝的頻率。

專利JP2005272995A被引頻次為11，是由新日鐵于2004年開發(fā)的一種蓄熱式燃燒器加熱爐的控制方法。在具有蓄熱單元的燃燒器停止之后，連接燃燒空氣管和廢氣管的換向閥打開，使燃燒空氣從用于燃燒空氣的管流到廢氣用管，使廢氣強(qiáng)制地流向下游側(cè)，防止廢氣管道被腐蝕。

專利JP11323431A被引頻次為11，是由日本鋼管于1998年開發(fā)的一種控制加熱爐溫度的方法和裝置。在用于加熱材料的加熱爐的爐長方向上布置有兩對或者更多對交替燃燒的蓄熱式燃燒器，通過調(diào)節(jié)連續(xù)燃燒裝置的燃燒量來控制加熱爐的爐寬方向的爐溫或鋼板溫度。

專利CN1600868A被引頻次為10，是北京科技大學(xué)于2004年開發(fā)的一種高風(fēng)溫高爐熱風(fēng)爐煤氣、助燃空氣預(yù)熱方法，特征是：使用1臺無機(jī)傳熱換熱器，用280～320 ℃熱風(fēng)爐煙氣將熱風(fēng)爐和小型高效蓄熱式燃燒裝置燃用高爐煤氣預(yù)熱到170～190 ℃；用1對計(jì)算機(jī)自動控制的小型高效蓄熱式燃燒裝置燃燒170～190 ℃的高爐煤氣，將熱風(fēng)爐助燃空氣預(yù)熱到1050～1100 ℃。從而，確保熱風(fēng)爐熱風(fēng)溫度達(dá)到1300～1350 ℃。其優(yōu)點(diǎn)在于：預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)備少，高溫空氣預(yù)熱設(shè)備長壽、高效、小型、計(jì)算機(jī)自動控制，節(jié)省高熱值的寶貴的焦?fàn)t煤氣，只燒低熱值的富余的高爐煤氣，使熱風(fēng)爐的風(fēng)溫達(dá)到1300～1350 ℃的國際先進(jìn)水平，可降低噸鐵焦比60～70 kg，增加噴煤量100～120 kg，增加鐵產(chǎn)量9%～10.5%，1年左右收回投資。

表4 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利引證排名

專利CN101314811A被引頻次為10，是秦皇島首秦金屬材料有限公司和首鋼總公司于2008年合作開發(fā)的一種大型步進(jìn)梁式板坯加熱爐使用高爐煤氣加熱的方法。板坯通過步進(jìn)梁由入爐向出爐端步進(jìn)，在步進(jìn)過程中通過預(yù)熱段、第一加熱段、第二加熱段、第三加熱段和均熱段，根據(jù)各鋼種加熱工藝要求對每個加熱段的加熱溫度進(jìn)行控溫，按爐膛實(shí)際溫度控制投入相應(yīng)加熱段的蓄熱式燒嘴數(shù)量，選擇各段位置蓄熱式燒嘴投入后，高爐煤氣與空氣分別通過蓄熱燒嘴的蓄熱室被蓄熱至800～1000 ℃后進(jìn)入加熱爐內(nèi)充分燃燒，從而實(shí)現(xiàn)板坯的加熱，煙氣經(jīng)由蓄熱式燒嘴的蓄熱室時煙氣熱量被充分吸收，通過加熱爐兩側(cè)布置的蓄熱式燒嘴交替燃燒、排煙完成整個加熱過程。優(yōu)點(diǎn)在于，利用蓄熱式加熱技術(shù)大大減少NOx化物污染氣體的排放，節(jié)能、環(huán)保效果顯著。

表 5為軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利同族數(shù)量排名。專利同族數(shù)量越多，說明該專利申請的國家或地區(qū)越廣，專利保護(hù)范圍更大。

專利WO2002057501A1是川崎制鐵株式會社開發(fā)的具有蓄熱式燒嘴的加熱爐及其操作方法，其專利同族數(shù)量為27。對于防止空氣侵入加熱爐內(nèi)的爐壓控制方法、蓄熱式燒嘴低燃燒負(fù)荷時的穩(wěn)定操作方法、加熱爐內(nèi)氣氛氣體的濃度測定方法提出方案。將用附設(shè)有蓄熱體的燒嘴所回收的熱量用來加熱燃燒時燒嘴的燃燒用空氣時，根據(jù)整個加熱爐的燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)從上述燒嘴吸入蓄熱體內(nèi)的廢氣吸引率，這樣來控制爐壓。根據(jù)加熱爐的廢氣煙道的換熱器入口側(cè)的廢氣溫度和加熱爐的燃燒負(fù)荷，調(diào)節(jié)稀釋空氣的流量，這樣來控制爐壓。打開加熱爐的抽出爐門時，通過使配置在爐子抽出端下部區(qū)域的加熱用燒嘴的火焰在抽出口寬度方向上沿著該開口寬度延長，用燒嘴火焰隔斷從抽出口侵入空氣的侵入路，這樣來抑制爐內(nèi)氧濃度的上升。在蓄熱式燒嘴的燃燒負(fù)荷較小的情況下，將熱風(fēng)供給吸引裝置，該吸引裝置用于從上述非燃燒時的燒嘴、通過蓄熱體吸引爐內(nèi)的廢氣。將所回收的熱量用于加熱燃燒時燒嘴的燃燒用空氣，進(jìn)行加熱爐的操作時，將從上述燒嘴所吸引的一部分廢氣導(dǎo)入分析器，對廢氣中的成分濃度進(jìn)行測定。

專利US20090148799A1是AGA公司開發(fā)的一種用于燃燒器的方法和燃燒器裝置，其專利同族數(shù)量為13。涉及一種用于在工業(yè)爐的加熱過程中增加效率的方法和燃燒器裝置。包括燃料通道、第一氧化劑通道、煙道氣出口、控制裝置和熱緩沖器，其中第一氧化劑和煙道氣被交替地引導(dǎo)通過熱緩沖器。本發(fā)明的特征在于設(shè)置分離的噴槍裝置來用于向燃燒器裝置供應(yīng)第二氧化劑。

專利KR2010067608A是中外爐工業(yè)株式會社開發(fā)的蓄熱燃燒式熱處理爐的燃燒控制方法，其專利同族數(shù)量為12。在設(shè)置多對蓄熱式燃燒器的蓄熱燃燒式熱處理爐中，在控制成對的蓄熱式燃燒器的燃燒與停止時，在停止時間較長的蓄熱式燃燒器中恢復(fù)燃燒時，可以抑制該蓄熱式燃燒器的火焰溫度下降，可以對被處理材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?。在設(shè)置有多對蓄熱式燃燒器的熱處理爐中，所述蓄熱式燃燒器具有包括燃料噴射嘴的燃燒器部、和容納有蓄熱材料的蓄熱室，即使在使成對的蓄熱式燃燒器的燃燒停止時，也在至少一個蓄熱式燃燒器中，將燃燒廢氣引導(dǎo)至蓄熱室，使燃燒廢氣的熱量蓄積在蓄熱材料。

專利EP2208929A2中外爐工業(yè)株式會社開發(fā)的蓄熱式燃燒加熱爐的燃燒控制方法，其專利同族數(shù)量為12。在設(shè)有至少一對蓄熱式燒嘴的蓄熱燃燒式加熱爐中，在一對蓄熱式燒嘴停止時，防止蓄熱式燒嘴的蓄熱室和排出燃燒廢氣的廢氣排出管等的腐蝕。設(shè)有至少一對蓄熱式燒嘴的加熱爐中，蓄熱式燒嘴包括具有燃料噴射嘴的燒嘴部和收容有蓄熱材料的蓄熱室，在停止一對蓄熱室燒嘴的燃燒及蓄熱時，對停止時進(jìn)行將燃燒廢氣引導(dǎo)至蓄熱室、使燃燒廢氣的熱量蓄積在蓄熱材料中并排出的操作的蓄熱式燒嘴暫時供給燃燒用空氣。

專利JP2011089723A是IHI株式會社開發(fā)的蓄熱式燃燒器的燃燒設(shè)備以及燃燒方法，其專利同族數(shù)量為11。本發(fā)明的蓄熱式燃燒器的燃燒設(shè)備具有爐體以及設(shè)置在爐體內(nèi)的具備蓄熱體的一對燃燒器，使前述一對燃燒器在爐內(nèi)交替燃燒，并從非燃燒狀態(tài)的燃燒器將爐內(nèi)的燃燒廢氣抽吸出來，使熱量積蓄在該燃燒器的蓄熱體中，向燃燒狀態(tài)的燃燒器供給既定量的燃燒用氣體，對該燃燒器的蓄熱體進(jìn)行冷卻，同時通過該蓄熱體的散熱對燃燒用氣體進(jìn)行預(yù)熱，具有氣體供給裝置，將不會對燃燒產(chǎn)生外部擾亂的非燃燒用氣體與既定量的燃燒用氣體一起向燃燒狀態(tài)的前述燃燒器供給，從而對該燃燒器的蓄熱體進(jìn)行冷卻。

專利CN102099624A是法孚斯坦因公司開發(fā)的一種用于操控蓄熱燃燒器的裝置，其專利同族數(shù)量為10。所述蓄熱燃燒器用作加熱設(shè)備，特別是用于再加熱鋼鐵產(chǎn)品的再加熱爐或用于鋼帶的連續(xù)處理的生產(chǎn)線的輻射管，根據(jù)該裝置，借助通過旋轉(zhuǎn)動作器而轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動注入器供給至少一種參與燃燒的流體(燃料和助燃劑)，以便交替地供給燃燒器的一個，然后供給燃燒器的另一個，所述轉(zhuǎn)動注入器布置在用于助燃劑——特別是空氣——的輸入管道上，并且所述轉(zhuǎn)動注入器設(shè)置用于部分堵塞通向燃燒器的供給管路，使得來自停止的燃燒器的蓄熱器的一部分煙氣引向運(yùn)行的燃燒器，而另一部分煙氣排向排氣煙道。

專利EP2199673A2是中外爐工業(yè)株式會社開發(fā)的蓄熱燃燒式熱處理爐的燃燒控制方法，其專利同族數(shù)量為10。在設(shè)有多對蓄熱式燒嘴并且設(shè)有將熱處理爐內(nèi)的一部分燃燒排放氣體向熱處理爐外排出的排出部的蓄熱燃燒式熱處理爐中，根據(jù)熱處理爐內(nèi)的燃燒負(fù)荷適當(dāng)?shù)乜刂聘鲗π顭崾綗斓娜紵巴Ｖ?，并且抑制熱處理爐中的熱利用率下降。在設(shè)有多對蓄熱式燒嘴并且設(shè)有將熱處理爐內(nèi)的一部分燃燒排放氣體向熱處理爐外排出的排出部的蓄熱燃燒式熱處理爐中，在根據(jù)熱處理爐內(nèi)的燃燒負(fù)荷來切換并控制多對蓄熱式燒嘴的燃燒及停止時，從離排出部較近的位置上的成對的蓄熱式燒嘴開始，依次增加使其停止的時間。

表5 軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)專利同族數(shù)量排名

專利CN102269518A是中外爐工業(yè)株式會社開發(fā)的蓄熱燃燒式熱處理爐的燃燒控制方法，其專利同族數(shù)量為8。在交替切換一對蓄熱式燃燒器中的燃燒動作和蓄熱動作時，使各蓄熱式燃燒器中的從燃料氣體供給管和空氣供給管供給而來的燃料氣體和燃燒用空氣的量固定，從而能穩(wěn)定地進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵?。在切換一對蓄熱式燃燒器中的燃燒動作和蓄熱動作時，在處于燃燒動作中的蓄熱式燃燒器中，使經(jīng)由燃料氣體供給管和空氣供給管供給而來的燃料氣體和燃燒用空氣的供給量從正常燃燒狀態(tài)開始減少，并在處于蓄熱動作中的蓄熱式燃燒器中，使經(jīng)由燃料氣體供給管和空氣供給管供給而來的燃料氣體和燃燒用空氣的供給量從停止?fàn)顟B(tài)增加，并在一對蓄熱式燃燒器中，使經(jīng)由燃料氣體供給管和空氣供給管供給而來的燃料氣體和燃燒用空氣的供給量固定。