炉内燃料燃烧与热传递：优化能源效率

炉内燃料燃烧与热传递

工业炉需要热量来加热炉料（炉内待加热材料），有时也用于化学反应。热能来源主要有三类：(i) 燃料燃烧，(ii) 电能，(iii) 放热化学反应释放的化学能。除电热炉外，大多数工业炉的热量需求（不含化学能）主要通过燃料燃烧满足。燃料可以是气态燃料（如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等副产气体，天然气、液化石油气等）、液态燃料（如重油、焦油等）或固态燃料（如煤、焦炭等）。

所有燃料均含有势能，燃烧时该势能随燃烧产物释放。燃烧通常指燃料与氧化剂之间化学反应可控地释放热量和能量。几乎所有工业过程中的燃烧都使用烃类燃料。典型烃类燃料的通用燃烧反应方程式为：燃料 + 氧化剂 = 二氧化碳 (CO₂) + 水蒸气 (H₂O) + 其他组分。“其他组分”取决于氧化剂类型及燃料与氧化剂的比率。最常用的氧化剂是空气，体积含氮气 (N₂) 约 79%，在燃烧过程中基本作为惰性气体通过。若燃烧时燃料过剩（氧气不足以完全燃烧燃料），尾气中将存在未燃烃，且几乎无多余 O₂；若燃料过少（氧气过剩），尾气中将含有多余 O₂。

燃料特性对热传递的影响

燃料对炉燃烧系统的热传递有显著影响，其中最重要的特性是燃料热值。热值用于确定为达到所需生产率应燃烧多少燃料。热值分为高位热值 (HHV) 和低位热值 (LHV)。LHV 不包含水蒸气潜热，即假设所有燃烧产物均为气态，这符合绝大多数工业燃烧应用的实际情况。若燃烧产物以足够低的温度排出，使水蒸气冷凝为液态水，则冷凝潜热会作为额外能量释放到工艺过程中，HHV 包含这部分额外能量。

燃料成分决定燃烧产物组成及所需氧化剂量；燃料密度决定炉燃料输送系统的流速及管道尺寸。

废气组成与热利用

废气组成对炉内热传递至关重要。废气中未燃烃表明燃料未完全燃烧，可用热量未充分释放。废气中过量 O₂ 水平高通常意味着供给氧化剂过多，多余氧化剂带走显热，导致燃料可用热量未被充分利用。若氧化剂为空气，大量可用能量会随烟气排出。

燃烧产物 (POC) 将热能传递给炉料，使其升温至所需值后排出炉外。关键工艺温度下 POC 的显热无法被炉利用，工艺关键温度越高，POC 显热越大，这对燃料利用率影响重大。

氧化剂类型与富氧燃烧

工业燃烧常用两类氧化剂：空气和氧浓度高于空气 (约 21% 体积) 的氧化剂，后者称为富氧燃烧。许多高温工艺采用富氧燃烧可显著提高生产率。空气/燃料燃烧器通常可在氧浓度高达 30% 的氧化剂下运行，无需或仅需少量改造。更高氧浓度下，火焰可能变得不稳定或火焰温度过高，超出空气/燃料条件下设计的燃烧器耐受范围。高温应用中，高纯度氧 ( >90% O₂) 的优势可抵消额外成本，高纯度氧能大幅强化加热过程。氧化剂纯度对燃烧系统热传递影响显著。

燃料与氧化剂比率（化学计量比）

燃烧系统中燃料与氧化剂的比率是关键参数。以甲烷 (CH₄) 为例，全局燃烧反应可写为：CH₄ + (xO₂ + yN₂) = CO, CO₂, H₂, H₂O, N₂, NOx, O₂, 微量组分。化学计量比指特定燃烧系统中 O₂ 与燃料的摩尔比。常用方法仅考虑氧化剂中的 O₂，因惰性气体不参与反应。以空气为氧化剂时，简化化学计量反应为：CH₄ + (2O₂ + 7.52N₂) = CO₂ + 2H₂O + 7.52N₂。此时化学计量比为 2（即 1 摩尔 CH₄ 需 2 摩尔 O₂）。此方法常用于富氧燃烧系统，因供给 O₂ 量至关重要。

实际火焰通常需要一定过量 O₂ 以确保燃料完全燃烧，这是由于燃料与氧化剂混合不完全。燃料过剩时化学计量比 <2；燃料过少时化学计量比 >2。常用氧化剂中 O₂ 摩尔分数表征氧化剂组成。许多工业燃烧过程采用比理论需求多约 3% 的 O₂，以最小化未燃烃排放并确保完全燃烧。过量 O₂ 过多会浪费能量加热多余燃烧空气而非炉料，因此应仅使用足以维持低 CO 排放的过量 O₂。例如 CH₄ 带 3% 过量 O₂ 的简化反应：CH₄ + (2.06O₂ + 7.75N₂) = CO₂ + 2H₂O + 0.06O₂ + 7.75N₂。

火焰特性与燃烧性质

大多数工业火焰为湍流火焰，由湍流雷诺数 (Re) 决定。特征长度尺度包括 Kolmogorov 长度（耗散尺度）和 Taylor 长度（应变率与粘性力之比）。无量纲 Damköhler 数 (Da) 表示反应时间与流动时间的比值，反映燃烧反应类型。火焰可分为：(i) 皱褶火焰，(ii) 严重皱褶火焰，(iii) 涡流中的火焰单元，(iv) 分布式反应前沿。

燃烧性能参数

工业应用常用燃烧性能参数包括：(i) 燃烧产物组成，(ii) 火焰温度，(iii) 可用热，(iv) 燃烧后烟气量。这些参数对计算火焰和废气向炉子及炉料的热传递至关重要。

燃烧产物组成

影响燃烧产物的变量包括氧化剂组成、混合比、空气和燃料预热温度、燃料组成等。以 CH₄ 为例，化学计量燃烧时，空气中 N₂ 占废气体积 70% 以上；纯氧燃烧则大幅减少废气体积。实际废气组成还取决于气体温度和当量比（实际燃料/空气比与化学计量比之比）。绝热平衡燃烧预测的主要产物随氧化剂组成变化。随着氧化剂中 N₂ 减少，废气中 CO、CO₂、H₂O 浓度升高；高温下化学解离导致 CO、H₂、O₂ 等自由基及未燃燃料增加。纯氧燃烧时因无 N₂ 而不生成 NO。实际火焰温度因不完全燃烧和辐射损失低于绝热平衡火焰温度，高辐射火焰温度通常低于非发光火焰。

混合比影响

废气中 O₂ 和 N₂ 浓度随当量比单调下降；H₂O 和 CO₂ 浓度在化学计量条件下达峰值，这两种气体产生非发光气体辐射。未燃燃料 (H₂、CO) 随当量比增加而增加，反映在可用热上为燃料未完全燃烧。

空气与燃料预热温度

工业燃烧常回收热量预热燃烧空气或燃料以提高热效率。预热空气或燃料均改变燃烧产物组成：预热空气使 CO₂、H₂O、N₂ 浓度因化学解离而下降；预热燃料因燃料质量远小于燃烧空气，对废气组成影响较小。预热空气对燃烧影响远大于预热燃料。

燃料组成影响

常见气态燃料有 H₂、CH₄、C₃H₈ (丙烷) 及 H₂/CH₄ 混合物。就发光度而言，H₂ 产生非发光火焰，CH₄ 产生低发光火焰，C₃H₈ 产生较高发光火焰。

火焰温度

火焰温度是决定火焰向炉料热传递的关键变量。绝热火焰温度受氧化剂和燃料组成、混合比、预热温度影响。实际火焰温度低于绝热值，但趋势一致。用氧气替代空气可显著提高火焰温度，因 N₂ 作为稀释剂降低温度。从空气到约 60% O₂ 时火焰温度快速上升，更高 O₂ 浓度上升放缓。燃料组成对火焰温度影响大：H₂/CH₄ 混合物中 H₂ 含量越高温度越高，且非线性增长。高 H₂ 燃料常作为化工副产品使用，成本低于购买纯 H₂。

混合比与火焰温度

峰值火焰温度出现在化学计量条件。氧化剂中 O₂ 浓度越低，偏离化学计量条件 (燃料过剩或过少) 导致的温度降低越明显，因高 N₂ 吸热。实际火焰峰值温度常出现在微燃料过少条件，因混合不完全需略微过量 O₂。工业燃烧多在燃料过少条件下运行以确保低 CO 排放，火焰温度接近峰值有利于热传递。但最大化火焰温度会导致 NOx 排放指数级上升，促使开发降低峰值火焰温度的燃烧器设计，这也影响热传递。

预热温度与火焰温度

预热空气对空气/CH₄ 火焰温度影响显著，因空气质量大，显热增加显著；预热氧气对氧气/CH₄ 火焰温度影响较小，因氧气质量小且初始效率已高。预热燃料因安全及焦油堵塞管道风险，通常不推荐高温度预热。

可用热

炉燃烧系统的可用热决定整体热效率，是计算工艺热传递的因素。固有可用热低的系统难以最大化热传递。可用热定义为燃料总热值减去高温废气带走的能量。炉内总可用热 (GAH) = 燃料热值 + 反应物显热 - 离炉燃烧产物带走的热量。GAH 表示关键工艺温度下的可用热，不包含各类损失，可用于比较不同燃料-燃烧系统。净可用热 (NAH) = GAH - 热损失 (由工艺关键温度、耐火衬里厚度和导热系数决定)，可用于比较不同炉型的冶炼/熔化/加热效率。

理论可用热与实际过程中炉料吸收的能量成正比，直接反映系统热效率。理论可用热随排气温度升高而迅速下降，与燃料组成关系不大。为最大化热效率，应尽量降低排气温度，通常通过最大化废气向炉料和炉墙的热传递，以及回收废气热量预热氧化剂/燃料实现。氧化剂中 O₂ 浓度从空气的 21% 增加时，可用热初期快速上升，这是富氧技术提高效率的主要原因。空气预热至约 1100°C 时，CH₄/空气系统热效率可提高一倍。CH₄/氧气系统预热氧气提升效率有限，因无预热时效率已达 70%，且氧气质量在反应中占比小；且热氧气输送存在安全隐患。可通过可用热曲线计算特定技术的节燃量。

废气量

炉燃烧室内气体流速与对流热传递成正比。气体温度越高，热膨胀导致实际流量 (m³/h) 越大，但标况下 (STP) 流量不变。氧化剂组成对气体流量影响极大：富氧燃烧移除 N₂，单位体积燃料产生的标况废气量从空气燃烧的 10.5 体积降至氧气燃烧的 3 体积。这降低了炉室内平均气体流速，减少对流热传递，但也减少了烟囱损失。

废气输运性质

炉室内气体组分的输运性质 (密度、比热、导热系数、粘度) 决定热传递和流体动力学，高度依赖温度和气体组成。这些性质随燃料和氧化剂组成、混合比、空气预热温度变化，燃料预热温度影响极小。气体组成和温度用于计算非发光气体辐射；输运性质用于计算对流换热系数 (通常用努塞尔数 Nu 表示)，Nu 由普朗特数 (Pr) 和雷诺数 (Re) 计算，对流换热系数 h = Nu·k/d (d 为特征尺寸，k 为流体导热系数)。

密度

气体密度用于计算 Re 数和炉室平均气速，进而影响对流换热系数。密度与绝对温度成反比，随氧化剂 O₂ 含量增加而快速下降（因火焰温度升高）。密度降低会降低 Re 数，但质量流率也下降，平均气速变化不大，对对流影响较小。密度在中等当量比处达最小值，随空气预热温度近线性下降，与火焰温度趋势相反。H₂/CH₄ 混合物中密度不随 H₂ 含量线性变化，与绝热火焰温度呈反比。

比热

气体比热影响 Pr 数，进而影响对流换热。比热随废气温度非线性增加，高温下增加更快。随氧化剂 O₂ 含量增加近似线性增加，有利于对流热传递。但比热与当量比关系复杂，各燃料在化学计量点达局部最大值，之后下降、平台、再上升。工业多在微燃料过少条件运行，此区间关系较线性。H₂/CH₄ 混合物中高 H₂ 含量时比热快速增加，火焰温度呈类似趋势。

导热系数

导热系数影响 Pr 数，与 Pr 数呈反比。导热系数大致与绝对温度平方根成正比，随温度非线性增加。随氧化剂 O₂ 含量增加快速上升，近似线性但低 O₂ 区增加更快。与当量比关系复杂，化学计量点有局部最大值。H₂ 在宽当量比范围内局部最大即全局最大；CH₄ 在高当量比 (燃料过剩) 时导热系数急剧上升超越化学计量点值；C₃H₈ 类似。工业多在微燃料过少侧，导热系数仍快速变化。导热系数随空气预热温度增加略快于线性；随 H₂/CH₄ 混合物中 H₂ 含量增加快速上升。

粘度

动力粘度随废气温度近似线性增加；随氧化剂 O₂ 含量增加类似火焰温度趋势；在化学计量点 (当量比 1.0) 达峰值，向两侧下降；随空气预热温度增加；随 H₂/CH₄ 混合物中 H₂ 含量增加，高 H₂ 区增加更快。粘度同时影响 Pr 和 Re 数，但方向相反。

普朗特数 (Pr)

Pr 数常用于计算对流换热系数，由比热、粘度、导热系数组合而成。随燃料和氧化剂组成、混合比、空气预热温度变化，燃料预热温度影响极小。Pr 数随温度非均匀下降：初期中等速度下降，随后变缓，高温下快速下降。与氧化剂组成高度非线性：CH₄ 和 C₃H₈ 在低 O₂ 区快速下降后趋平；H₂ 在约 50% O₂ 处达最小值。与当量比高度非线性，多数燃料有局部极值。Pr 数随空气预热温度近似线性下降；随 H₂/CH₄ 混合物中 H₂ 含量增加而下降，高 H₂ 区下降快。

路易斯数 (Le)

Le 数 = 热扩散率 / 质量扩散率。Le > 1 时化学复合反应增强对流热传递。Le 数在约 1200°C 以下为 1，之后随温度快速上升。绝热平衡条件下所有氧化剂组成 Le > 1，在中等氧化剂组成处达峰值，高 O₂ 处下降。化学计量点 Le 数剧烈峰值，高当量比时降至 1 以下。Le 数随空气预热温度近似线性增加；随 H₂/CH₄ 混合物中 H₂ 含量增加而增加。

炉内热传递

炉料内部热流

电加热炉料 (电阻或感应加热) 时，通量集中在表面附近。燃料加热时，热量通过辐射或对流进入炉料表面，再通过传导扩散至内部，需炉料内部存在温差。平板炉料可稳态传热；非平板炉料热通线很少平行且稳定。非稳态热流中，确定某时刻某点温度需用有限元法。提高炉温 (大“热头”) 或“高速加热”常导致非均匀加热，需延长均热时间，有时抵消高速加热的优势。

导热系数与热扩散率

各金属导热系数差异大，直接影响热量流动和扩散能力，从而强烈影响固体温度分布均匀性。热扩散率 = 导热系数 / (比热 × 密度)。分子为单位体积热流速率，分母为单位体积吸热量。比值越大，热量传导、分布、吸收越快。固体导热系数和扩散率随温度变化大；比热和密度变化小，钢在相变点除外。纯金属导热系数随温度升高而下降，合金一般随温度升高而上升。

滞后时间

图 1 展示三种同尺寸铁基合金板双面加热时的热流和内部温度分布。表面温度均快速上升，但内部温度因扩散率差异而不同步上升，达到炉温平衡所需时间不同。

图 1 导热系数对热流和内部温度分布的影响

工业炉加载的固体材料往往不连续，如盘条堆叠或并排放置。热量只能通过微小接触点或气体间隙传递，气体导热系数极小。平板堆叠是极低热导的典型，微小气隙比固体金属热阻大得多。堆叠件不能视为整体，气隙差异导致严重温度不均。快速加热堆叠料需靠热气体对流和气体辐射循环，但气体质量小、比热低、光束薄，冷却快，传热有限。为保证均匀加热和精确重现性，应避免堆叠加热。

炉料表面热传逧

炉内热传递三种模式：(i) 传导，(ii) 对流，(iii) 辐射。大多数工业炉、窑、焚烧炉、锅炉、加热炉以燃料燃烧为热源。燃烧将化学能快速转化为显热。增加燃料与氧化剂 (通常为空气) 混合界面积或提高反应物温度可加快燃烧反应，提高热源温度。燃料氧化反应放热，若释热速率超过热传递带走速率，会发生失控甚至爆炸。

火焰是快速放热化学反应的薄区域。本生灯火焰为例：预混层流燃料气和空气经外部点火，形成锥形反应区 (火焰锋面)。湍流增加反应区厚度和表面积，提高燃烧速度。天然气层流燃烧速度约 18 m/min，湍流燃烧速度可快 2-10 倍。层流火焰中化学放热热膨胀与高温反应性增强结合可加速转为湍流火焰。除长发光火焰外，大多数工业火焰为湍流。

传导热传递

传导是分子间振动能量传递，主要在固体内部。工业炉中纯传导向炉料传热罕见，仅发生于冷金属放置热炉底、金属短暂浸入盐浴或液态金属浴时。两固体紧密接触 (无氧化皮、空气、流体隔层) 时，接触面瞬间达到介于两体温度之间的同一温度，内部温度梯度与导热系数成反比 (图 2)。

图 2 不同温度和导热系数的两固体紧密接触时，导热系数和时间对温度梯度的影响

热流密度 (单位面积热流率) 不仅取决于两固体温度，还取决于其扩散率和构型。实际中，除钢坯向水冷滑轨传热外，传导传给炉料 (或从炉料抽取) 的热量很少。冷金属突然浸入液态盐、铅、锌等液态金属时，液体在冷金属表面冻结形成固态外壳，初期仅靠传导传热；极短时间后外壳重熔，随后传导和对流并存。

对流热传递

对流结合传导和流体运动，物理携带冷热分子到达另一表面。气流平行于固体表面流动时，流体振动分子与固体表面交换热能。固体表面会吸附一层静止、粘性、导热差的“边界层”，像隔热毯降低热流。热量通过边界层靠传导传递。增加主流流速可刮薄边界层，提高对流换热率。边界层传导系数 (膜系数) 是质量流速 (动量, Re 数) 的函数。

600°C 以下炉子对流传热主导，因辐射较弱。现代高速 (高动量) 燃烧器提供高对流换热系数。高速气流常能提供更均匀的温度分布，因更大质量流以较温和温度携带更多显热。低炉温下仅靠高气速才能获得高总传热率：550°C 辐射传热不足 1200°C 的十分之一。高速燃烧器广泛用于辐射因遮挡无法到达的区域。

辐射热传递

固体间辐射

固体即使在低温下也辐射热。净辐射热流 = 接收源辐射 - 接收体重新向源辐射的辐射。热体 (热源) 与冷体 (热接收体) 间净辐射热流可用 Stefan-Boltzmann 方程计算。发射率和吸收率是固体间辐射的重要属性。发射率 = 表面辐射热通量 / 黑体最大可能辐射热通量 (单位时间、单位面积)。视发射率考虑表面粗糙度、沟槽等使实际表面积大于几何面积。吸收率 = 表面吸收辐射热通量 / 黑体最大可能吸收热通量。常规耐火衬里炉常用发射率 0.85，但温度、表面状态、合金差异显著。例如不锈钢带在悬链炉 <3 分钟加热至 1100°C 时，发射率可能不随温度升高而变化。通过测量带钢表面温度和炉温，可修正加热曲线计算，假设氧化未改变发射率和吸收率。

清晰火焰与气体辐射

燃烧产物向固体辐射有两个来源：(i) 清晰火焰和气体辐射，(ii) 发光火焰中微米级烟尘颗粒辐射。清晰气体辐射不遵循 Stefan-Boltzmann 四次方定律。仅三原子及以上分子气体 (CO₂, H₂O, SO₂) 有显著发射/吸收能力；双原子 CO 辐射较弱；O₂, N₂, 空气, H₂ 辐射能力可忽略。气体辐射不遵循四次方定律，因气体不像固体 (灰体) 那样全波长辐射，仅在几个窄波段辐射。气体辐射取决于温度、各三原子气体分压/体积百分比、气层厚度。辐射气体温度沿流向下降，为维持活性气体辐射需不断补充新热气体，这也改善对流。高气速减小气体路径温降，对维持高温工业炉温度均匀性至关重要。

炉子设计常基于耐火材料辐射加热炉料，通常结果合理，但部分情况耐火辐射无法解释。直接来自炉气的辐射通常向炉料传递 62% (±2%) 的热量，耐火材料传递剩余 38% (±2%)。向耐火材料和炉料传热所需的气体温度通常远高于常规假设。

发光火焰辐射

若空气/燃料混合物中燃料过剩部分暴露于热源 (如火焰较热部分)，未燃燃料分子聚合或热裂解生成重质固体分子。这些烟尘颗粒发光提供发光度，增强火焰总辐射能力。若燃料和空气出燃烧器喷嘴后未及时充分混合，可被加热至烃类裂解 (聚合) 温度；进一步加热使颗粒发光；混入 O₂ 后燃烧。火焰推进过程中，新生成烟尘颗粒速率可等于先前颗粒燃烧速率。火焰后段烟尘生成减弱，残余烟尘全部焚烧。这种延迟混合燃烧过程必须在燃烧气体进入烟道前完成。若火焰入烟道仍发光，烟囱出口可能冒烟。烟是烟尘在混入足够空气前被冷却 (淬火) 至最低着火温度以下。

发光火焰因额外辐射能力而比清晰火焰自然冷却更快，这正是其传热目的。但冷却现象可能抵消部分高发光度 (有效发射率) 带来的增益。

发光火焰常被选用，因延迟混合产生的长发光火焰能在大燃烧室内产生更均匀温度分布。随着工业炉采用高预热燃烧空气或富氧燃烧，发光火焰可提高放热率。

高 C/H₂ 比燃料 (大多数油类和固体燃料) 易产生发光火焰。低 C/H₂ 比燃料 (主要气态燃料) 可通过 (i) 延迟混合，并排喷射等低速空气和燃气流；(ii) 高压“射流”高速燃料芯穿过慢速空气，使主体空气在燃料被薄环形火焰界面加热 (并聚合) 后才“追上”燃料，从而产生发光火焰。

固体燃料火焰可含发光灰粒；液态和气态燃料发光通常来自发光碳和烟尘颗粒。有效火焰发射率通常介于燃烧产物气体和 0.95 之间，取决于固体颗粒总表面积。同温度下，发光火焰传热通常大于清晰火焰，在钢再加热炉中差异明显。高温下三原子气体分子辐射功率增加，但单位体积辐射分子密度下降部分抵消增益。

另一现象：气体辐射波段波长随温度不变。高温下固体辐射 (发光烟尘和碳颗粒) 高强度区向短波长移动 (远离气体波段)。高温领域清晰气体辐射增加不如发光火焰快。

火焰辐射受多变量影响：燃料 C/H₂ 比、空燃比、空气和燃料温度、燃料混合与雾化、火焰厚度。部分变量随距燃烧器距离变化。高 C/H₂ 比燃料 (如油) 易生成烟尘，通常产生发光火焰，轻油也可能产生蓝焰。多数气体低 C/H₂ 比，倾向清晰或蓝焰。焦油难无发光燃烧；高炉煤气或 H₂ 难产生可见火焰。

比较发光和非发光火焰时需注意：(i) 烟尘辐射 (发光) 通常止于可见火焰边界，因烟尘多在火焰外表面遇二、三次空气时焚烧；(ii) 气体辐射 (非发光) 来自可见火焰包络内外，大大增加覆盖均匀性和范围，虽然火焰内气体辐射被周围烟尘或三原子气体部分遮蔽，火焰外气体辐射可能来自较冷气体。

过量燃料对火焰辐射的影响远大于减少过量空气。清晰火焰与长发光火焰优劣争论多年，改进燃烧器和控制方案帮助结合两者优点。多种燃烧器共同问题是随输入降低火焰特性改变。清晰火焰燃烧器问题：(i) 降低发热率时温度剖面峰值向燃烧器墙移动；(ii) 低输入率下温度随离燃烧器墙距离下降更陡峭 (如 50% 额定能力或以下时峰值温度在燃烧器墙处或附近，随距离急剧下降)；更低发热率下降更糟。高发热率下峰值远离燃烧器墙，燃烧器墙温度下降。某些钢再热炉最大发热率时燃烧器墙与峰值温差达 150°C。

高火时炉气冲入火焰根部延迟燃料与 O₂ 混合，加剧远墙温度峰值问题。增大燃烧器发热率，完全燃烧产物冲入指数级增加。由此引发多问题。侧燃炉低发热率时峰值温度在燃烧器墙，最大发热率时峰值可能在炉中心或对面墙。单一温控传感器位置永远不正确。传感器在燃烧器墙时，低发热率峰值贴墙驱动燃烧器低火，炉宽其余部分热输入不足；高发热率时燃烧器墙传感器偏冷而远处温度极高，可能导致炉料中心/远墙表面形成液态氧化皮。为解决此问题，无经验操作员可能降低设定点，降低炉加热能力。

另一例：钢再热炉底区纵向逆料流燃烧，控制传感器装在距端部燃烧器墙 3-6 m 处。低发热率时区温设定 1300°C，燃烧器墙可升至 >1370°C，氧化皮熔化滴落底区后凝结成大块。高发热率时峰值温度可能移至底区传感器之外，熔化氧化皮向炉料端延伸。操作员为避免问题常降低温控设定，降低炉能力。

控制上述问题需每区增设温度传感器，并根据温度测量改变燃烧器混合率特性。可调旋流 (旋转) 燃烧器结合低火前向流燃气或空气中心射流 (典型尺寸为最大燃气或空气流量的 5%) 可防止大部分问题。

长发光火焰 (层流或湍流) 温度峰值变化小，随输入降低长度变化不大，是很好的“均衡器”，提供更好温度均匀性。

关于火焰内烟尘辐射和三原子气体辐射的信息已知多年，但近期发展可能改变局面。使用富氧燃料 (100% O₂) 均提高火焰调节比。富氧燃料主要增益来自更强烈辐射热传递，因移除 N₂ 后燃烧产物中三原子气体浓度升高，同时减少带热出烟囱的气体质量 (降低烟囱损失)。另一发展：某些贫预混气体火焰 (为低 NOx 设计) 在大部分燃烧室形成似乎透明的无处不在的火焰场。