冶金企业是能耗大户，还也是排放大户。由于冷却和焚烧的需求，在烧结、炼铁、炼钢、轧钢等各个工段会发生许多热废气，热废气温度从200℃～1000℃不等。这些废气在当前颠末一些余热收回技能，如汽化冷却技能、废热锅炉技能、空煤气预热技能，收回了大局部的热量，还颠末热电联产技能，将出产的余热蒸汽的充裕局部颠末汽轮机发电，收回动力。

　　冶金企业的出产工艺决议了在大多数品种热废气中粉尘含量或二氧化硫含量较大。含尘烟气简略形成余热收回设备换热管制的冲刷损坏，除尘技能的运用又下降了热烟气的温度，对余热收回的功率形成了很大影响。而含硫烟气中的二氧化硫在较低温度下的露点腐蚀又约束了余热设备的换热温度，给冶金企业余热设备的描绘带来艰难，一局部废烟气没有颠末收回就直接排放，形成较大的糟蹋。而这些难题可以颠末热气机处理。热气机可以将热能直接转化为机械能，比拟选用废热锅炉颠末蒸汽变换机械能和电能更为直接，也更为简洁，还也更习惯工厂内恶劣的任务环境。

　　热气机的任务原理

　　热气机是一种由外部供热使气体在异样温度下作周期性紧缩和胀大的闭式循环往复式发动机，又称斯特林发动机。相关于内燃机燃料在气缸内焚烧的特色，热气机又被称作外燃机。在热气机关闭的气缸内充有必定容积的工质，可选用氢、氮、氦或空气等。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中紧缩，然后流到高温热腔中敏捷加热，胀大做功。燃料接连焚烧或热空气颠末换热器传热给工质，工质不直接参与，也不替换。

　　此发动机有两个冲程，且两个冲程都是做功冲程。此发动机有两个活塞，左面的是配气活塞（活塞和气缸之间有空隙，以便空气在冷热端活动），右边是动力活塞，两活塞是刚性衔接，并被动力活塞关闭成一个与外部阻隔的密封腔体。当活塞从上止点往下止点（从左向右）挪动时，将冷端的冷空气压向热端，冷空气在热端受热胀大，腔体里气体压力高于大气压，故进一步推进活塞向下止点挪动（做功冲程）。当活塞运动到下止点时，邻近管道的开口和动力气缸的排气口接通，热空气颠末管道排出到外部。由于飞轮的惯性效果，活塞将从下止点向上止点（从右向左）挪动，此刻残留在热端的热空气将被压向冷端，进入冷端的热空气被冷却后缩短，将惹起腔体内的气体压力下降到低于大气压，故动力活塞在外部大气压的效果下进一步向上止点（向左）挪动（也是做功冲程）。当活塞挪动到上止点时，邻近管道被接通，外部的冷空气颠末此管道被吸入腔体（由于此刻腔体内的气压低于大气压）。 如此往复循环……

　　有助于冶金职业余热运用

　　热气机的特色有别于内燃机和汽轮机，在冶金职业的余热运用中具有以下优势：

　　热气机选用的工质多样化，可运用氢气、氮气、氦气或空气等，不局限于燃料的燃油、燃气或中心介质——水蒸气，颠末介质直接将热能转化为反转机械能。这样就不必如现有余热热电联产体系那样，必须选用汽轮机将热能二次转化为机械能。

　　热气机选用独立的焚烧室，或许称为换热室。燃气或热废气与工质不直接触摸，可运用异样品种的高温热源，而发动机自身不必进行任何改造。关于冶金余热高温废气，若是其含尘量或含硫量超支，废热锅炉必须采纳许多而杂乱的描绘才干习惯，而有些稀奇工艺直接将废热锅炉拒之门外。热气机却只需简略做好相应的耐磨布局即可，习惯性大为进步。

　　由于选用了独立的焚烧室，热气机可以很简略操控进入焚烧室的燃料或热废气总量。即使废热资源不稳定，对热气机的影响也很小，更能习惯烧结、炼铁等频频改变的工况。

　　热习惯性好，从200℃到1000℃的高温热废气均能接受，可接受100℃的低温出产。余热易于收回，简略完成热电联产。

　　热气机的全体布局比拟简略，密封布局较少，光滑体系简略，比拟内燃机、汽轮机、锅炉的保护更为简洁。气缸的布局简略，比拟汽轮机没有杂乱的进排蒸汽设备，没有杂乱的射水泵体系，冷却体系也较简略，保护本钱也相应下降。

　　单机容量较小，可灵敏散布。在大容量的装机情况下，热气机可颠末模块化阵列组合方式完成输出大功率的场所。

　　特定工艺环境下有待改善

　　纵然热气机有许多长处，但还也有一些缺陷，在冶金职业某些特定的工艺环境下运用还有待改善：

　　瞬态功率调整功能较差。热气机的功率输出相对比拟稳定，很难敏捷地从一个功率等级调整到另一个功率等级，当热气机为风机供给动力时，不能对异样的工况敏捷作出反应，且霎时进步动力性十分差，风机须装备调理阀门坚持敏捷调理性，形成功率糟蹋。

　　疾速发动性较差。热气机不能开机立刻正常任务，需求一段暖机的进程，工夫较长，关于恳求疾速发动的工况如风机和水泵等不能习惯。

　　热气机的冷却端需求尽可能低的温度，以此来进步热功率，这样就招致了冷却端的排气需求较大面积的散热器，稀奇关于小温差工况下的热气机，由于散热器的原因，无法完成紧凑描绘，在模块化阵列组合时彼此制约。因而，必须引进水冷体系，添加了体系的杂乱性。

　　氢、氦的低分子质量特性使其十分合适作为热气机的工质，但氢、氦为小分子物质，密封比拟艰难，因而须添加储气罐或气体发生器来保证氢、氦的需求量。以氢、氦为工质也会带来腐蚀、脆化、工质流程杂乱等问题，由此添加的辅佐设备也添加了本钱与体系的杂乱性。

　　焚烧室的恳求不高，但加热器与工质之间必须保证无腐蚀、无尘垢，因而技能恳求较高。

　　加工、安装精度恳求较高，但比拟废热锅炉和汽轮机的极度杂乱，仍是可以接受的。

　　进步习惯性是改善要点

　　热气机作为一项新式的动力转化技能，在冶金职业的余热运用中具有较强的竞争力。当前热气机在冶金企业余热运用中的运用规模是较高温度、较少热风流量的工况，对烧结、炼铁、炼钢等出产工序中作为弥补功率储藏。

　　具体来说，一方面，运用余热废气作动力，热气机可以直接运用于反转机械设备；另一方面，连系发电机组，出产电能，省却了废热锅炉和汽轮机的杂乱操作和保护，也可下降整个发电体系的本钱。

　　为了进步习惯性，热气机还须进行一些改善：

　　作为新式的动力转化设备，热气机在冶金职业异样工况下的经历较少，因而它的可靠性还有待理论的查验和改善。

　　热功率进步，气流活动和传热彼此影响、彼此效果，而气动丢失是当前热气机描绘中面对的难题之一。如何思索其流通道描绘，尽可能将死容积减到最小，如何运用正确的胀大比，如何增大焚烧室的换热功率，如何尽可能将温度丢失减到，以及如何归纳平衡这些要素和方针等，这些在将来的热气机描绘中具有相当大的改善空间。

　　颠末优化换热器的外表布局，以进步暖流密度的描绘办法当前根本曾经完善。将来开展的方向之一是调集纳米资料技能，改善换热资料的物性参数，进步传热系数。

　　氢、氦作为热气机的工质，对密封功能提出较高的恳求。活塞环和活塞连杆的动密封应保证工质不从气缸内走漏出去，而光滑油不能进入气缸，因而密封技能的改善也是燃眉之急。