1. <var id="wbr3z"><strong id="wbr3z"></strong></var>
      2. 技術研發
        Technology R & D
        您現在的位置:
        首頁
        /
        /
        /
        熱風爐實現高風溫低氮氧化物排放的技術要點

        熱風爐實現高風溫低氮氧化物排放的技術要點

        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-05-15 20:31
        • 訪問量:

        【概要描述】

        熱風爐實現高風溫低氮氧化物排放的技術要點

        【概要描述】

        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-05-15 20:31
        • 訪問量:
        詳情

        熱風爐實現高風溫低氮氧化物排放的技術要點

          魏前龍  葛利軍                   劉世聚  符政學  劉力銘                 

        (建龍集團山西建龍鋼鐵公司)   (河南省豫興熱風爐工程技術有限公司  

          結合山西建龍1號高爐熱風爐運行實踐,剖析了豫興頂燃式熱風爐實現高風溫低氮氧化物排放的技術要點。1號高爐自投入運行以來,3座熱風爐在混風開度30%的情況下實現月均風溫1250℃以上,氮氧化物排放30mg/m³左右。其技術要點:一是,采用懸鏈線拱頂結構和環形交錯上噴混合燃燒器,優化熱風爐煙氣流場分布狀態,降低熱風爐拱頂溫度與送風溫度之間的差值;二是,采用孔孔互通均壓均流格子磚,優化熱風爐冷風流場分布狀態,提高熱風爐的換熱效率;三是,采用低過??諝庀禂档娜紵骷夹g(即環形交錯上噴混合燃燒器),達到降低氮氧化物排放的目的。

        關鍵詞   高爐  頂燃式熱風爐  風溫   低氮氧化物

         

        獲取更高的熱風爐送風溫度,不僅是鋼鐵行業的現實需求,更是熱風爐行業永恒不變的熱點課題。與此同時,隨著我國環保政策力度持續收緊,如何降低熱風爐污染物排放成了熱風爐行業新的研究方向。本文結合山西建龍1號高爐(1760m3)熱風爐高風溫、低氮氧化物排放的運行實踐,闡述豫興頂燃式熱風爐的技術要點。

         

        1運行實踐

        1號高爐配套的3座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐,由河南省豫興熱風爐工程技術有限公司EPC總承包,于20191218日建成投產。在使用單一高爐煤氣條件下,設計送風風溫不低于1250℃,拱頂溫度不高于1350℃,單爐送風60min,采用“兩燒一送”交錯并聯送風制度,設計氮氧化物排放低于50mg/m³,設計使用壽命20年。1號高爐熱風爐主要設計參數見表1。

        1  山西建龍1號高爐熱風爐基本設計參數

        項   目

        數值或描述

        熱風爐高度,m

        40.62

        熱風爐蓄熱室直徑,m

        7.80

        單座熱風爐格子磚加熱而積,m2

        67780

        單位體積格子磚加熱而積, m2/m3

        55.29

        格子磚孔徑,mm

        25

        格子磚類型

        19孔格子磚

        蓄熱室截面積, m2

        47.30

        送風溫度,℃

        1250

        拱項溫度,℃

        1350

        煙氣溫度,

        400(最高450)

        送風時間,min

        60

        燃燒時間,min

        108

        換爐時間,min

        12

        助燃空氣預熱溫度,

        200

        煤氣預熱溫度,

        200

        1號高爐熱風爐投入運行以來,各項指標完全達到了設計要求(見表2)。在混風開度30%的條件下實現了月均送風溫度1250℃左右,月均拱頂溫度1320℃左右,月均氮氧化物排放30mg/m3左右。

        2  山西建龍1號高爐熱風爐運行監測數據

         

        月份

        送風溫度

        拱頂溫度

        氮氧化物排放值

        mg/m³

        2019年12月

        1252

        1307

        27

        2020年1月

        1256

        1310

        24

        2月

        1250

        1309

        26

        3月

        1250

        1305

        20

        4月

        1248

        1302

        25

        5月

        1243

        1298

        24

        6月

        1250

        1302

        28

        7月

        1254

        1307

        22

        8月

        1252

        1306

        26

        9月

        1250

        1304

        21

        10月

        1252

        1305

        23

        11月

        1250

        1300

        25

        說明:①以上數據均在混風閥開度30%的條件下取得。②以上數據經三步計算取得,第一步根據每座熱風爐的實時數據計算出其日算術平均值,第二步根據每座熱風爐數據的日算術平均值計算出熱風爐當天的數據平均值,第三步根據熱風爐當天的數據平均值計算出熱風爐每月的數據平均值,即表中的數據。

         

        2  實現高風溫低氮氧化物排放的技術路徑

        2.1  高風溫

        山西建龍1號高爐熱風爐使用的燃料為單一高爐煤氣,其熱值僅為3300kJ/m³左右,理論燃燒溫度低于1320℃。在此條件下,要使熱風爐送風溫度達到1250℃以上,需要從以下兩點進行優化:一是提高高爐煤氣的理論燃燒溫度,二是提高熱風爐的換熱效率。

        換句話講,提高風溫的技術路徑主要有兩個 [1]:一個是提高熱風爐的拱頂溫度,另一個是提高熱風爐內氣流分布均勻程度。

        1)提高熱風爐的拱頂溫度。主要有兩個方法:①對燃氣和空氣進行預熱,提高高爐煤氣理論燃燒溫度。當空氣和燃氣溫度均被加熱到400℃時,比空氣和燃氣溫度均為25℃時,理論燃燒溫度能提高約200℃,達到1580℃。②降低過??諝庀禂?/font>α。當α=1時,理論燃燒溫度達到最大值;當α1時,不同α時的理論燃燒溫度與α=1時的基準理論燃燒溫度相比較的降低值(▽t)逐步增大[2]( 見表3)。

        3  αt關系

        α

        1

        1.1

        1.2

        1.3

        t,℃

        0

        40

        70

        95

         

        2)提高熱風爐內氣流分布均勻程度。改善熱風爐煙氣流場和冷氣流場分布狀態,高溫煙氣流場(冷風流場)在蓄熱室橫斷面上分布的均勻性,將直接影響蓄熱室內的換熱。研究表明,通過改善高溫煙氣(冷風流場)在蓄熱室斷面上分布的均勻性,可改善熱風爐內的熱交換,蓄熱量增強,可將風溫提高約30[3]。

         

        2.2低氮氧化物排放

        高爐煤氣燃燒時產生的氮氧化物,不僅是大氣污染物的主要成分,而且會造成熱風爐爐殼焊縫晶間腐蝕。因此,降低熱風爐的氮氧化物排放不僅有利于環境保護,還能有效保護熱風爐爐殼的結構穩定。

        熱風爐產生的氮氧化物主要是溫度熱力型NO[4]。熱風爐在工作時發生的化學反應如下:

        2CO+O2?2CO2                       (1)

         N2+O2?2NO               (2)

         2NO+O2?2NO2                        (3)

        溫度是影響溫度熱力型NO產生的關鍵,當溫度高于1500℃時,NO生成反應便得十分明顯,隨著溫度得升高,反應速度按阿雷尼烏斯定律按指數規律迅速增加[5]。

        根據質量作用定律和呂·查德里原理:溫度升高會使分子運動速度增大,單位時間內分子間碰撞次數成倍增加;更重要的是溫度升高會提高活化分子百分數,增加單位體積內反應物活化分子的數目,使反應速度大大地增加。隨著溫度的上升,NO呈指數關系上升。

            根據多年來的監測,得到了熱風爐拱頂溫度與NO排放量之間的關系(見表4)。

        4 熱風爐拱頂溫度與NOX排放量關系表

        拱頂溫度(℃)

        1300

        1325

        1350

        1375

        1400

        NO排放量(mg/m³

        20

        40

        70

        140

        240

         

         

        除燃燒溫度外,過??諝庀禂狄矔绊?/font>NO的產生。在熱風爐燃燒階段,為了使高爐煤氣中的CO充分燃燒,必須使用過量的O2,也就是我們說的過??諝庀禂?/font>α。當α=1時,如式(1)所示,O2剛好用完;α=n時,(2)中各化合物系數關系如式(4)所示

        2CO+nO2=2CO2+(n-1)O2                   (4)

        此時,剩余(n-1) O2分子,3-5的平衡常數Ke=[N2][O2]/[NO]2,在溫度一定的情況下是一定值, O2的濃度增加,平衡向生成物方向移動,此時NO生成量增加。

        根據上述分析,可以得到,降低熱風爐氮氧化物排放的主要技術路徑有:一是降低熱風爐拱頂溫度。但因為較高熱風爐拱頂溫度是提高熱風爐送風風溫的基本前提,因此不能為了降低氮氧化物排放而單純的降低熱風爐的拱頂溫度,要在這兩者之間找到一個平衡,就必須要降低熱風爐拱頂溫度與送風風溫之間的差值,即要提高熱風爐的換熱效率,優化熱風爐內部的煙氣流場分布狀態。二是降低過??諝庀禂?/font>α。

         

        3豫興頂燃式熱風爐的技術要點

        根據上述技術路徑, 1號高爐豫興頂燃式熱風爐,除了采用全方位消除熱應力的結構設計,并對熱風爐進行一般尺寸和強度計算外,還需要對熱風爐內部煙氣流場分布狀態和燃燒器結構進行重點優化。鑒于此,采用本身就具有優良煙氣流場分布特性的懸鏈線拱頂結構[6] ,搭配了環形交錯上噴混合燃燒器和孔孔互通均壓均流格子磚,通過多次模擬計算,優化熱風爐內部煙氣流場分布狀態,以達到提高風溫的目的;同時,通過對燃燒器空氣噴口和煤氣噴口的排列方式進行進一步優化,使得煤氣和空氣能夠進行更加充分的混合,從而有效降低過??諝庀禂?,達到減少氮氧化物生成的目的。

        1)獨特的懸鏈線拱頂結構。原鞍山鋼鐵學院以鞍鋼九高爐熱風爐為模擬對象,就內燃式熱風爐的拱頂形狀對蓄熱室橫斷面上氣流分布的影響作過模型實驗[6],結果表明,在相同風量情況下,懸鏈線拱頂熱風爐蓄熱室橫斷面上氣流分布均勻程度壁半球形拱頂好。豫興頂燃式懸鏈線熱風爐,對原有的懸鏈線拱頂進行了進一步優化,將懸鏈線拱頂高度與直徑之間的比值設定為1.15以上,并通過與安裝在拱頂基腳部位的環形交錯上噴混合燃燒器共同作用,進一步改善了燃燒室的煙氣流場分布狀態[7](如圖1所示)。從圖1可看出,高溫煙氣在燃燒室中心位置形成渦流,而局部渦流會形成局部高溫區,因此,這種煙氣流場分布狀態使得燃燒室中心,成為真正的高溫區域(見圖1燃燒室溫度分布截面3),從而使得燃燒室高溫區結構對稱,溫度區間分明,熱效率高,拱頂和燃燒室底部(即蓄熱室上部)溫差??;從圖1還可看出,燃燒室底部(即蓄熱室上部)的高溫煙氣流速分布均勻,提高了熱風爐的換熱效率,一步減小了拱頂溫度與送風溫度之間的差值[8],從而有效提高了熱風爐送風溫度。

                        

         

         

        2)孔孔互通均壓均流格子磚(見圖2)。優化了傳統熱風爐蓄熱室格子磚形狀,解決了普通格子磚格孔錯臺、錯位影響氣流通過的弊端。以19孔格子磚為例,19孔格子磚底部設計有深15mm的聯接18格孔的聯通凹槽,當氣流通過格磚的19個孔徑時,由于流體的阻力和壓力的作用,聯通的18個凹槽區域能夠調節氣流,使其均勻分布,對于整個蓄熱室,就形成了互聯互通的均壓均流狀態,優化了蓄熱室煙氣流場和冷風流場分布狀態,提高了熱風爐換熱效率[8],降低了熱風爐拱頂溫度與送風溫度之間的差值。

        2  孔孔互通均壓均流格子磚

         

        3)環形交錯上噴混合燃燒器[如圖3(a)所示]。經過不斷試驗,將燃燒器煤氣噴嘴與空氣噴的間距盡量靠近,將燃燒器每組噴嘴間間隔設定為燃燒器噴嘴直徑的n倍,這樣的結構,能夠使煤氣和空氣以獨特的渦旋攪擾方式進行充分混合,使得高爐煤氣在過??諝庀禂?/font>α=1.02-1.05即可實現充分燃燒。同時,因為α值小使得燃燒器噴嘴處火焰形態為短焰燃燒,而燃燒室內混合燃燒的火焰運行距離長,從而使環形燃燒器具備了長短焰混合燃燒的低氮氧化物燃燒器排放特征,進一步降低了燃燒器的氮氧化合物排放[如圖3(b)所示]。其次,在熱風爐燃燒室內,因為對沖上噴的氣流和懸鏈線拱頂的特殊結構,使相當量的下降氣流加入到上升氣流中,淡化了高溫區燃氣和空氣濃度[如圖1(b)所示,燃燒室中心截面3的高溫區域顏色較淡,燃氣濃度較低],降低了上升氣流溫度,拉長了火焰,使高向加熱更加均勻,利用了廢氣循環技術,進一步降低了氮氧化物排放。

        1號高爐熱風爐,通過將高爐煤氣和助燃空氣加熱到200℃,并采用低過??諝庀禂档娜紵?,以提高高爐煤氣理論燃燒溫度,最終達到提高熱風爐送風溫度的目的。

         

                                 

         

         

        4結語

        山西建龍1號高爐豫興頂燃式懸鏈線熱風爐近1年運行實踐表明,除了采用全方位消除熱應力的結構設計外,采用具有獨特的懸鏈線拱頂結構、孔孔互通均壓均流格子磚和環形交錯上噴混合燃燒器,可以實現熱風爐高送風溫度、低氮氧化物排放的目的。3座熱風爐在混風開度30%的情況下,實現月均風溫1250℃以上,氮氧化物排放30mg/m³左右。

        5參考文獻

         [1] 段潤心,段中堅,提高高爐風溫的根本途徑,高風溫長壽熱風爐研討會論文集  2005,7-16

         [2]任建興,鄧萬里,梁松彬,李芳芹.過??諝庀禂祵Χ喾N燃氣燃燒溫度影響的分析[].節能  2011(1):21-24

        [3]段潤心,段中堅,熱風爐內冷風的流動狀況及均勻配氣技術,煉鐵  1992,19-23

         [4]郭冬芳,王小平.高爐煤氣鍋爐燃燒中氮氧化物污染物的控制[J].江西能源  2007,33-36

        [5]劉勇,吳國忠,NOX生成機理,油氣田地面工程第26卷第4期  2007,32-33

         [6]項鐘庸,郭慶第,蓄熱式熱風爐,冶金工業出版社  1998,210

        [7]胡日君,程樹森.考貝式熱風爐拱頂空間煙氣分布的數值模擬,北京科技大學學報  2006,338-342

        [8]于  帆,張欣欣,張炳哲,焦吉成,蘇秀梅.頂燃式熱風爐燃燒室燒嘴角度的優化設計[C]//中國機械工程學會工業爐分會.第七屆全國工業爐學術年會. 蘭州中國機械工程學會工業爐分會,2006:68-71.

         

        聯系人:劉世聚

        450008)河南省鄭州市河南省豫興熱風爐工程技術有限公司

        修回日期:2020-12-14

        河南省豫興熱風爐工程技術有限公司

        地址:河南省鄭州市金水路226號楷林國際23層  

        電話:0371-86122361

        傳真:0371-86122361   

        郵箱:yuxing@myyuxing.com      

        鄭州豫興熱風爐科技有限公司

        地址:河南省新密市岳村工業區

        電話:0371-63145281

        傳真:0371-63145199

        郵箱:yuxing@myyuxing.com

        頁面版權所有 ? 河南省豫興熱風爐工程技術有限公司        營業執照        豫ICP備2021009299號        網站建設:中企動力  鄭州        本網站已支持Ipv6

        頁面版權所有 ? 河南省豫興熱風爐工程技術有限公司

        營業執照        豫ICP備2021009299號

        網站建設:中企動力  鄭州        本網站已支持Ipv6

        男人大臿蕉香蕉大视频

          1. <var id="wbr3z"><strong id="wbr3z"></strong></var>