蜂窝陶瓷蓄热体
蓄热式燃烧是21世纪节能和环保极具发展潜力的技术之一，是国家重点推广的节能环保技术。在高温窑炉中，热损失的很大部分是排烟的热量损失。当烟气温度为900至1300℃时，烟气余热占炉子总能耗的50%-70%。因此，积极采用先进的烟气余热回收技术，在工业窑炉燃烧系统中安装换热器，将烟气的余热回收用于预热助燃空气，可以从根本上提高工业炉的能源利用率，对低热值燃料(如煤气等)进行合理利用，最大限度地减少污染物排放，降低环境负荷，是实现工业节能降耗的有效措施。
图1 蓄热式燃烧技术工作原理图
蜂窝陶瓷是一种性能优越的蓄热体,是目前蓄热节能技术中的关键材料。它的性能决定了余热回收体系的整体性能。
蓄热材料推动蓄热燃烧技术发展在对蜂窝陶瓷进行分析之前，小编先带大家回顾一下蓄热燃烧技术的发展，可以毫不夸张地说，蓄热体的技术决定了蓄热燃烧技术的发展。
早在1828年，JameNieson发明了管式换热器，这是世界上首次出现了回收烟气余热来产生高温热风的余热回收技术。
1858年，WillianSeimens发明了蓄热室，蓄热室采用格子砖作为蓄热体，在许多大型工业炉中获得应用，如热风炉、玻璃炉窑、均热炉等。但蓄热室体积庞大、造价高，换向时间长，预热气体的温度波动也大。
此后，蓄热换热技术的发展趋于停滞，直到1982年，英国HotworkDevelopment公司和BritishGas公司合作开发了一种应用于工业炉和锅炉上的节能蓄热式陶瓷燃烧器，其蓄热体中首次采用了陶瓷小球。
相对于传统的蓄热系统，陶瓷蓄热球无论在材料、尺寸、形状、换热面积方面均有了极大飞跃，蓄热式换热时间由分钟计算缩短到由秒计算，并且使烟气余热利用达到接近极限水平，节能效益巨大，在欧美国家得到广泛应用。陶瓷蓄热球的出现，极大推动了第一代蓄热式燃烧技术的发展。
图2 蓄热燃烧的蓄热嘴示意图
日本从1985年后开始研究新型蓄热燃烧技术。但是他们并没有采用欧美主流的陶瓷小球作蓄热体，而是对压力损失小、比表面积更大的陶瓷蜂窝体进行了研究。
上世纪90年代初，日本NKK和日本工业炉公司成功研发出蜂窝陶瓷蓄热体，并提出了与传统燃烧机理完全不同的高温低氧燃烧技术（HighTemperatureAirCombustion），也叫无焰燃烧技术（FlamelessCombustion）。
1996年，日本NKK公司在230t/h热轧板坯加热炉(福山厂)上全面采用了蓄热式燃烧技术，使用的是以高效蜂窝状陶瓷体作蓄热体的热回收装置和喷出装置一体化的紧凑型蓄热式烧嘴，烧嘴每30s切换一次。投产后，炉内氧浓度降低、NOx大幅度减少，炉内温度均匀，效率显著提高。
图3 蓄热燃烧工作示意图
蜂窝陶瓷蓄热体蜂窝陶瓷作为蓄热体，使传统的蓄热室发生了巨大的变化。从原来的格子砖发展成为陶瓷小球，又发展为蜂窝陶瓷体，蓄热室的比表面积急剧增大，体积明显减小，换向时间大大缩短，换热性能得到极大提高，污染物排放量也远低于环保标准。此外，基于蜂窝陶瓷蓄热体，高温低氧燃烧技术也被誉为21世纪的关键技术之一。
图4 萍乡博鑫精陶生产的致密蜂窝陶瓷蓄热体产品，公司在2009年率先推出致密型材质（吸水率＜2%）大规格整体蜂窝蓄热体，填补了国内空白（图片来源：博鑫精陶）
下表1为蜂窝陶瓷体和蓄热球的性能对比。蜂窝陶瓷采用硅铝系耐火材料，体积小，质量轻，比表面积大，耐火度高，传热能力大，直气流通道使得气流阻力损失很小。所以，蜂窝陶瓷比蓄热球更有利于实现低氧燃烧，使炉温均匀、传热迅速，大大降低氧化损耗和NOx气体的生成，显著提高环保节能效果。采用蜂窝陶瓷的蓄热室体积大大减小，可布置足够数量的烧嘴，满足热负荷需要。而蜂窝陶瓷的直气流通道与蓄热球的迷宫式通道相比更不易堵塞，自洁性好，适用于我国燃烧不洁净的特点。
表1蜂窝陶瓷体和蓄热球性能对比
蜂窝陶瓷蓄热体在工作时，一般堆砌于蓄热室内，如图4所示。当左侧烧嘴A燃烧时，所产生的大量高温烟气经由右侧烧嘴B排出，与蓄热体换热后，排烟温度可下降至200℃甚至更低。在下一个周期，右侧烧嘴B燃烧并经过换向阀切换的同时，左侧烧嘴A停止燃烧并转变为排烟和蓄热装置。通过左侧和右侧烧嘴的交替运行，进而可以实现“助燃空气的高温预热”和“高效余热回收”的目的。
图4 蜂窝陶瓷蓄热体工作示意图
小结
蓄热体安装在蓄热室内或直接安装在燃烧器内，是蓄热燃烧系统中的关键部件之一，也是其中最具技术含量和体现工业制造水平的部件。蜂窝陶瓷蓄热体目前广泛应用于工业热工设备节能技术方面，能够提高工业热工设备效率、降低能耗，改善产品质量，提高产能，是解决能源与环境问题的重要手段。
参考文献
蜂窝陶瓷蓄热体的研究现状，北京科技大学，贾翠，孙加林；清华大学，贾翠，谢志鹏，杨东亮；山东东瓷科技研究所，李世良。
By：火宣
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