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1、高炉煤气蓄热燃烧技术,1.前言2.高炉煤气3.蓄热式燃烧技术 3.1.蓄热式燃烧技术的发展历程4.高炉煤气蓄热燃烧技术 4.1高炉煤气蓄热燃烧技术原理 4.2高炉煤气蓄热燃烧技术工作过程 4.3高炉煤气蓄热燃烧技术系统组成5.高炉煤气蓄热燃烧过程中的安全措施6.高炉煤气蓄热燃烧技术系统组成 6.1蓄热室及蓄热体 6.1.1蓄热室 6.1.2 蓄热体 6.1.2.1 球状蓄热体 6.1.2.2 蜂窝状蓄热体 6.2 换向阀 6.3 空、煤气供给系统和排烟系统 6.4 蓄热烧嘴7.高炉煤气蓄热燃烧技术的优势,1.前言 我国是钢铁生产大国，年产量世界第一，钢材年产量达7亿多吨，冶炼1吨生铁时就会产生
2、3000m3左右的高炉煤气，这样年产高炉煤气就高达21000亿m3。因此必须利用高炉煤气，减少高炉煤气排放，减少对大气的污染，改善环境，节约能源。蓄热式燃烧技术从根本上提高了高炉煤气等燃料的利用率，成为满足资源和环境要求的先进技术。,2.高炉煤气 高炉煤气主要成分为:CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分别占15%、55%，高炉煤气热值一般仅为3500KJ/Nm3;里面的CO2,N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还大量吸收燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气是一种丰富的资源，科学合理地
3、利用高炉煤气既能给企业带来不错的效益，又能达到节约资源、保护环境的目的。,3.蓄热式燃烧技术 蓄热式燃烧技术是一种全新燃烧技术。它能够将空气和燃料预热到8001000或以上，燃烧区含氧量低，与传统燃烧相比，蓄热式燃烧的特点是节省燃料，减少CO2和NOX的排放，降低燃烧噪音。我国是燃料消耗大国，蓄热式燃烧技术能有效提高能源利用率，改善环境污染，降低企业的成本,3.1蓄热式燃烧技术的发展历程 工业炉和锅炉的节能技术发展大致经历了三个阶段：a.废热不利用阶段：炉子废热不利用，炉尾烟气带走的热损失很大，炉子的热效率在 30%以下。b.采用换热器回收烟气余热阶段：用合金(耐热)钢或陶瓷制造换热器，由于耐
4、高温能力提高了，换热器得到广泛应用。但是换热器的空气预热温度一般为400600，废气排放温度仍有600-700，不能充分利用烟气的热量。,c.采用蓄热室回收烟气余热阶段：利用蓄热室回收的烟气的余热来预热燃料和空气。蓄热式燃烧技术极大地提高了燃烧系统的余热回收能力，空气和燃料的预热能力，节能效果显著。我国于1990年前后开始引进国外蓄热式燃烧技术，至今有了自己的专利技术，将使用蓄热式烧嘴的工业炉发展为蓄热式工业炉，将烧嘴、蓄热室与炉体有机结合。蓄热式燃烧技术，特别是高炉煤气蓄热燃烧技术将会有越来越多的运用,4.高炉煤气蓄热燃烧技术 高炉煤气蓄热燃烧技术是蓄热式燃烧技术的一种，它利用蓄热体回收高温
5、烟气的余热，再利用余热来预热高炉煤气和空气，从而达到节能环保的目的。这种技术有以下特征：（1）采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气使它们流经蓄热体，能最大限度回收高温烟气的物理热，从而节约能源，同时减少温室气体排放。（2）降低燃烧空间中的氧浓度，创造贫氧条件，消除局部炽热高温区，高速喷出的射流卷吸周围高炉煤气形成贫氧燃烧区，使形成的火焰体积增加，亮度减弱，使炉内温度均匀，有效地减少了NOX的产生。（3）炉内平均温度增加，加强了炉内的传热，加快了高炉煤气的燃烧速度。,首先，空气与高炉煤气在蓄热烧嘴喷口处混合再点燃，并被喷入到炉膛内，进而抽引炉内的气体形成一股含氧量低于 21%的贫氧高温
6、气流，高温气流附近会注入高炉煤气，这样高炉煤气即可在贫氧（2%21%）状态下燃烧，而贫氧燃烧可以大大降低NOX的产生。炉膛内产生的高温烟气经过蓄热室，加热里面的蓄热体，高温烟气变为低温废气排入大气。到达换向时刻时，换向阀工作使系统反向运行，蓄热室中的蓄热体将空气和高炉煤气加热到1000左右，同样炉膛内燃烧产生的高温烟气加热另一个蓄热室中的蓄热体，高温烟气变为废气被排出,4.1高炉煤气蓄热燃烧技术原理,4.2 高炉煤气蓄热燃烧技术工作过程 下图为高炉煤气蓄热燃烧工作过程图（前半周期）,高炉煤气和空气进入换向阀，分别进入到煤气蓄热室A和空气蓄热室A，两者在烧嘴喷口处混合再点燃，并被喷入到炉膛内，使
7、高炉煤气在炉膛内剧烈燃烧，产生的高温烟气进入煤气蓄热室B和空气蓄热室B，将蓄热室中的蓄热体加热，同时烟气温度降低变为废气，通过引风机排出,换向阀,鼓风机,引风机,空气蓄热 室A,空气蓄热 室B,煤气蓄热 室A,煤气蓄热 室B,废气,空气,高炉煤气,炉膛,高炉煤气蓄热燃烧工作过程图a,蓄热烧嘴,蓄热烧嘴,接下来换向阀换向，空气和高炉煤气分别进入空气蓄热室B和煤气蓄热室B，两者被预热至高温，蓄热室中的蓄热体被冷却，随后空气和高炉煤气在烧嘴喷口处混合再点燃，并被喷入到炉膛内，高炉煤气在炉膛内燃烧，产生的高温烟气进入空气蓄热室A和煤气蓄热室A，将里面的蓄热体加热，而烟气温度降低变为废气由引风机排出，至
8、此一个周期完成。,下图为高炉煤气蓄热燃烧工作过程图（后半周期）,换向阀,鼓风机,空气蓄热 室A,空气蓄热 室B,煤气蓄热 室A,煤气蓄热 室B,废气,空气,高炉煤气,炉膛,高炉煤气蓄热燃烧工作过程图b,引风机,蓄热烧嘴,蓄热烧嘴,5.高炉煤气蓄热燃烧过程中的安全措施 空气和高炉煤气在整个蓄热式高温燃烧系统中必须完全隔离，避免相遇，才能从根本上保证系统的安全。对于空、煤气双预热的高炉煤气蓄热燃烧系统，由于煤气蓄热室在换向中残留少量煤气，空气蓄热室在换向中残留少量空气。因此，从空气蓄热室和从煤气蓄热室出来的烟气也要通过不同的排烟机、排入不同的烟囱，以避免空煤气相遇而发生爆炸。,在煤气换向阀前增设煤
9、气快速切断阀，换向时先切断煤气，然后换向，完成换向动作后再打开切断阀，以此来保证炉内煤气的完全燃烧，使进入烟气中的煤气量尽可能少，提高烟气系统的安全性。高炉煤气中CO的含量高达25%30%，防止煤气泄漏造成操作人员的中毒是一项重要的安全措施。一方面在煤气系统结构上尽可能保证严密、不漏气，另一方面在操作区设置固定式CO检测仪，操作人员随身携带便携式CO检测仪，进行安全报警来保证人员安全。此外，空、煤气低压自动切断，空、煤气管路上设置泄爆阀这些常规的安全措施在燃烧系统中也是必要的。,6.高炉煤气蓄热燃烧技术系统组成 a.蓄热室及蓄热体 c.换向阀 d.空、煤气供给系统和排烟系统 e.蓄热烧嘴,6.
10、1蓄热室及蓄热体6.1.1蓄热室 蓄热室是放置蓄热体的设备，同时也是热交换的区域。蓄热室中间堆放蓄热体，要求蓄热室密封性能要好，焊接处要求气密性焊接，耐火材料砌筑泥浆要饱满，绝不允许有串火或气体泄露。,6.1.2 蓄热体 蓄热体是高炉煤气蓄热燃烧技术中关键的部件。空气的预热全靠蓄热体的蓄热、换热作用，蓄热体的结构、材质和性能直接影响到换热效率、装置的小型轻型化。由于蓄热体与高温烟气进行直接接触，因此要求它具有较大的传热面积和耐高温性。另外，由于它装在蓄热室内，因此，体积小和质量轻也很重要 目前工业炉窑中使用的蓄热体主要有两种形式：球状蓄热体、蜂窝状蓄热,6.1.2.1 球状蓄热体,材料：粘土质
11、、高铝质、莫来石质 据材料显示：球状蓄热体指标如下：比表面积：190250m2/m3，球径：1520mm。随着蓄热体高度的增加，烟气出口平均温度降低，空气预热温度升高，蓄热室的温度效率和热效率增大。但是增大蓄热体高度将增大阻力损失，所以蓄热体高度有个合适的范围。蓄热体高度：对直径15mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.6m以上 对直径25mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.7m以上 对直径35mm的陶瓷球，蓄热体高度为0.8m以上,球 状 蓄 热 体,6.1.2.2 蜂窝状蓄热体 材料：高铝质、堇青石质、莫来石质 据资料显示：目前广泛使用的蜂窝蓄热体的尺寸多为100100mm，蜂窝单元间距为13mm，壁厚
12、0.20.5mm，比表面积大（是小球的24倍），蓄热放热快，有效流通面积大（是球的7倍），阻力损失小（是球的1/3）。但是蜂窝状蓄热体存在以下问题：堵塞问题、使用寿命问题、蓄热体更换问题。,蜂 窝 状 蓄 热 体,6.2 换向阀 换向阀用于在一定时间间隔内实现空气与烟气的切换。目前使用的换向阀主要有：五通换向阀、直通式四通换向阀和旋转式四通换向阀等。由于经过换热后的烟气温度很低，所以对换向阀无材质上的特殊要求。但是，由于换向阀切换次数频繁，烟气中的粉尘会对频繁运动的部件构成磨损，所以要求换向阀有较长的工作寿命和工作的可靠性。,6.3 空、煤气供给系统和排烟系统 空、煤气供给系统：从空、煤气总管
13、分出的支管连接换向阀，经换向阀调节后分两路连接到蓄热室。在换向阀前的空、煤气支管上设有流量检测，调节装置，和安全保护装置。空、煤气供给压力应考虑到换向阀和蓄热室在内的整个系统的阻力损失 排烟系统：烟气从蓄热室出来，温度已降至200以下，借助排烟机，流经换向阀、排烟管送至烟囱排入大气。排烟管上设有烟温检测和炉膛压力控制装置。由于烟气温度在200以下，因而普通的标准排烟机就能够满足使用要求。,6.4 蓄热烧嘴 蓄热烧嘴是高炉煤气蓄热燃烧系统的关键设备之一。它主要通过外混烟气稀释和高速射流的卷吸效应这两种途径实现低氧燃烧。目前，世界上主要的蓄热烧嘴有三种，分别是日本的FDI型烧嘴、德国的FLOX烧嘴
14、和日本的HRS-DL型烧嘴。烧嘴目的是让空气与高炉煤气较好的混合并点燃，并以最佳状态进入炉膛，降低炉膛内氧气浓度，减少NOX的产生。烧嘴的形式和结构关系到炉温是否均匀、燃料利用率是否提高以及NOX排放的多少，因此设计烧嘴时要考虑高炉煤气喷口与空气喷口的距离、喷射角度，空气与高炉煤气流速大小等问题。,蓄 热 烧 嘴,7.高炉煤气蓄热燃烧技术的优势 高炉煤气蓄热燃烧技术的优势主要体现在以下几方面：（1）采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气与烟气，使之流经蓄热体，能较大程度回收高温烟气的显热，这样可节能30%以上，同时也降低了CO2的排放量。（2）可将空气预热至8001100的温度水平。此外该技
15、术形成的是与传统火焰不同的新火焰，实现了高温低氧燃烧，有效地减少了NOX的产生。,（3）火焰燃烧区域扩大，消除了局部高温，使炉内温度分布均匀，提高了产品的加热质量，也延长了炉内耐火材料的使用寿命。炉子的温度提高后强化炉内传热，同样产量的炉膛尺寸就可以缩小，一方面降低造价，另一方面可使炉子散热减少，更好地节能。（4）在传统的燃烧机理中，由于存在局部高温区，即使采用了低NOX技术也无法实现超低 NOX排放。而高温低氧燃烧形成的均匀温度场，有效消除了局部高温，在预热空气温度很高的情况下，真正实现了超低NOX排放。,（5）充分利用了低热值燃料高炉煤气。（6）操作方便，劳动条件大大改善。可结合 PLC自动控制技术，只要在仪表室内操作即可，大大改善了工人的劳动条件，避免了煤气中毒的危险等。,
