0 引言

高温空气燃烧技术( High Temperature Air Combustion，简称HiTAC) 是20 世纪90 年代开发的一种燃烧新技术。该技术利用蓄热式燃烧基本原理，采用高效陶瓷蓄热体，通过蓄热式热交换，在将高温排烟温度降低到150℃以下的同时，将常温的助燃空气以及低热值燃料( 高热值燃料不预热) 预热到800℃以上的高温。由于助燃空气和低热值燃料的高温预热，对炉内燃烧来说，带入了额外的能量，因此这种燃烧可称之为一种增焓燃烧。由于燃烧区额外增焓，使得燃烧区的工作条件比传统的可作适当改变。助燃空气及燃料的喷入速度大幅度提高，炉内气流组织改变，烟气回流量大幅度地增加。通过烟气回流的稀释作用，燃烧区的含氧体积浓度较传统燃烧有明显的下降，从而实现了燃烧区的高温低氧的燃烧条件。高温可保证燃烧反应的稳定性和快速性，低氧可抑制燃烧反应的强度和增大燃烧火焰体积，从而使得炉内燃烧火焰面大幅拓展、炉内温度场均匀、加热能力明显增强。高温空气燃烧技术较传统燃烧技术具有高效节能、低污染和加热特性好等优点，目前已在国内外的冶金、机械、建材等行业的工业炉上广泛地推广应用。固体燃料气化是改变燃料利用方式的一种重要手段。将固体燃料通过气化方式转换为气体燃料，对实现工业炉窑的能源的高效清洁利用具有重要作用。传统的固体燃料气化技术通常采用常温空气或低温预热空气，输入的气化剂温度较低，使得气化炉内的气化反应呈较明显的时域阶段性和空间阶梯性，即在时间上可细分为先燃烧( 氧化反应) 后气化( 还原反应) ，在空间上可划分为燃烧带( 氧化区) 和气化带( 还原区) 。这样，使得气化反应的强度较低，气化获得的燃气热值偏低，燃气中CO 和焦油含量偏高。将高温空气燃烧技术的基本理念移植到固体燃料的气化中，改传统的常温空气或低温预热空气气化为高温空气气化，将使固体燃料的气化特性发生根本性改变，有利于克服传统固体燃料气化的不足。此项技术的开发应用，对于缓解能源危机、减轻环境污染有着十分重要的意义。

1 高温空气燃烧技术

1． 1 高温空气燃烧技术的基本原理

HiTAC 技术区别于常规燃烧技术在于其高效预热系统和低氧无焰燃烧状态，高温、低氧乃其两个关键因素。高温是指空气温度预热到800 ～ 1 000℃以上。低氧是指燃烧区内氧气浓度低于15%，甚至低至3% ～ 5%。该燃烧过程主要属于一种扩散控制反应，是一种动态反应，不具有静态火焰。燃料首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下析出热能，不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。，该系统主要由燃烧室、1 对蓄热式烧嘴、1 个四通换向阀、1 台鼓风风机和1 台引风风机等装置组成。由图1 可以看出，蓄热式烧嘴A 和B沿炉膛对称布置。当A 端烧嘴工作时，常温空气经四通换向阀进入蓄热体被加热，迅速升温到800℃以上，然后高速喷入燃烧室，抽引燃烧室内的烟气形成一股含氧量低于15% 的贫氧气流。燃料与高温空气高速喷入燃烧室，二者混合后迅速燃烧，产生的高温烟气在炉内释热加热炉内物料。高温烟气经B端烧嘴排出，并加热B 端烧嘴的蓄热体。高温烟气流经蓄热体时，大部分热量被蓄热体吸收，烟气温度降低到150℃以下排入大气中。A、B 烧嘴交替地工作，由四通阀进行切换。切换周期一般为15 ～ 30s。通过这种交替运行的方式，实现“极限余热回收”和助燃空气的高温预热。

1． 2 高温空气燃烧技术的优势

与传统燃烧技术相比，高温空气燃烧技术具有明显的技术优势，具体是:

( 1) 采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换烟气与空气，烟气余热回收效率高达80%以上。

( 2) 将助燃剂空气温度预热到燃料自燃点温度以上，燃料一进入炉内就能着火燃烧，燃烧稳定性好。

( 3) 通过组织炉内低氧气氛燃烧，形成了与传统燃烧火焰迥然不同的特性，火焰体积成倍增大，炉内温度场分布均匀。

( 4) 尽管助燃剂空气预热温度很高，但由于低氧气氛燃烧，降低了燃烧的峰值温度，避免了热力型NOx 的大量生成，NOx 排放浓度较常规燃烧技术成数量级降低，可实现超低NOx 排放。

( 5) 烟气温度的“极限”余热回收、燃烧火焰平均温度的提高、炉内换热的增强( 包括辐射换热与对流换热) ，实现了高效节能，节能率一般超过30%，与没有实施节能措施的燃烧技术相比，最高节能率可达60%以上。节能即减少燃料消耗，也就意味着可减少温室气体CO2的排放。因此，它对抑制全球温室效应的作用非常显著。

( 6) 炉内换热效率的提高，使相同产量的工业窑炉的尺寸可缩小20% 以上。或者同样大小的窑炉，其产量可提高20% 以上，从而大大降低了设备的初投资。

( 7) 助燃空气高温预热后，降低了对燃料热值的要求，有利于低热值燃料的有效利用。

2 结论

高温空气燃烧技术通过提高助燃空气温度，降低并控制燃烧区域含氧体积浓度，实现高温低氧燃烧，使得燃烧火焰体积扩大、炉内温度梯度缩小，具有加热效率高、节能环保等优点。将高温空气燃烧技术引入到固体燃料气化中，由于气化剂空气温度大幅度提高，气化反应温度提高，气化强度增大，从而降低气化剂与固体燃料的比率，减少合成燃气中的焦油含量，提高合成燃气的热值和燃气质量，气化系统的气化效率和热效率得以提高。采用高温空气的固体燃料气化技术，是传统常温气化技术的新突破，其推广与应用具有十分重要的意义。