熱風(fēng)爐富氧燃燒特性與操作策略研究

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1、2011年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會論文集熱風(fēng)爐富氧燃燒特性與操作策略研究孟凡雙金國一（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021）摘要：介紹了富氧燃燒技術(shù)的基本特性，根據(jù)富氧燃燒的特性，分析了采用單一燃料——高爐煤氣燃燒的熱風(fēng)爐，其富氧混合操作、空燃比設(shè)定、廢氣和拱頂溫度的變化，及運(yùn)行效果，對采用富氧燃燒技術(shù)熱風(fēng)爐的操作和使用有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐富氧燃燒操作1前言燃料燃燒是燃料與助燃劑在一定條件下發(fā)生放熱和發(fā)光的劇烈氧化反應(yīng)。通常的燃料燃燒都以空氣作為助燃劑，而空氣中參與燃燒反應(yīng)的O2含量僅為21%，不參與燃燒反應(yīng)的N2含量

2、卻高達(dá)79%，這些N2吸收了大量的燃燒反應(yīng)熱，最終隨煙氣排人大氣中，造成了很大的能源浪費(fèi)。富氧燃燒就是助燃劑中的O2含量大于21%的燃料燃燒。這種燃燒方式提高了助燃劑中的有用成分O2的含量，降低了助燃劑中的無用成分N2的含量，對于穩(wěn)定燃燒過程，提高燃燒效率，改善爐內(nèi)傳熱具有積極意義。根據(jù)燃料燃燒的基本理論知識，闡述了采用高爐煤氣作為燃料，增加助燃空氣中含氧量時(shí)，燃燒反應(yīng)速度、空氣消耗系數(shù)、燃耗產(chǎn)物生成量和理論燃燒溫度等，一些燃燒的基本特性；通過燃燒的基本特性分析，針對熱風(fēng)爐的實(shí)際操作帶來的變化；同時(shí)對于同種結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐，同時(shí)采用雙預(yù)熱和富

3、氧燃燒技術(shù)，其運(yùn)行情況進(jìn)行了分析，提出了富氧燃燒技術(shù)對熱風(fēng)爐的適用性，對采用富氧燃燒技術(shù)熱風(fēng)爐的操作和使用有一定的指導(dǎo)意義。2富氧燃燒特性2.1燃燒反應(yīng)速度應(yīng)用燃燒反應(yīng)動力學(xué)原理，分析富氧燃燒反應(yīng)速度。熱風(fēng)爐的主要燃料為高爐煤氣，高爐煤氣的主要成份為CO，其化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式為：2CO+O2→2CO2其反應(yīng)速度為[1]：W=PK0mcomo20.25T-2.25exp(-2300/T)（1）W——反應(yīng)速度，mol/sPK——比例系數(shù)，s-1mcomo2——CO和O2的相對濃度，molT——混合氣體溫度，K由式（1）分析可知，高爐煤氣在富氧空氣

4、助燃時(shí)，在反應(yīng)物壓力、溫度不變的條件下，燃燒反應(yīng)速度2011年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會論文集隨著氧氣濃度的增加而增大。2.2空氣消耗系數(shù)空氣消耗系數(shù)主要是按煙氣的成分計(jì)算，有氧平衡原理有[1]：n=（O2′+KRO2′）/KRO2′（2）n——空氣消耗系數(shù)O2′——煙氣中氧氣的百分含量，%RO2′——煙氣中二氧化物的百分含量，%K——燃料成分系數(shù)由式（2）分析可知，高爐煤氣燃燒的煙氣中主要的二氧化物為CO2，產(chǎn)生量不隨助燃空氣中氧含量的變化而變化，但是煙氣量隨著助燃空氣中氧含量的增加而減小，故CO2的百分含量增加，假設(shè)煙氣中的O2百分含量不

5、變，則空氣消耗系數(shù)隨著助燃空氣中氧含量的增加而減小。2.3燃燒產(chǎn)物生成量燃燒產(chǎn)物的生成量是根據(jù)燃燒反應(yīng)的物質(zhì)平衡計(jì)算的，完全燃燒時(shí)，其理論燃燒產(chǎn)物的生成量為[1]：Vy=[CO+H2+CO2+N2+H2O]/100+(1/VO2-1)[0.5CO+0.5H2-O2]/100(3)Vy——理論燃燒產(chǎn)物的生成量，m3/m3CO、H2、CO2、N2、H2O、O2——高爐煤氣中各成分含量，%VO2——空氣中氧的含量，%由式（3）分析可知，對于同一種燃料，燃燒產(chǎn)物的產(chǎn)生量隨著空氣中氧含量的增加而減少。2.4理論燃燒溫度理論燃燒溫度的計(jì)算公式為[1]

6、：t理=Q低/Vnc產(chǎn)（4）式中:t理——理論燃燒溫度，℃Q低——燃料低發(fā)熱值，kJ/kgVn——單位質(zhì)量燃?xì)獾臒煔怏w積，m3/kgc產(chǎn)——煙氣比定壓熱容，kJ/（m3·K）由式（4）分析可知，在燃燒產(chǎn)物比定壓熱容和燃料種類不變的情況下，隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加，燃燒化學(xué)反應(yīng)速度的加快，煙氣體積的降低，理論燃燒溫度會逐漸提高。3操作策略3.1高爐煤氣化學(xué)成分以某廠熱風(fēng)爐的生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行分析，熱風(fēng)爐使用的燃料為高爐煤氣其主要成分見表1。表1高爐煤氣成分（濕）%成分CO2N2COH2H2O含量%17.8950.8821.992.2473.2燃燒轉(zhuǎn)

7、換2011年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會論文集由于高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，熱風(fēng)爐需要進(jìn)行燃燒與送風(fēng)的轉(zhuǎn)換。由2.1可知，燃燒反應(yīng)速度隨著氧氣濃度的增加而增大，即富氧燃燒提高了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。因?yàn)榉€(wěn)定燃燒時(shí)．火焰前鋒面上的氣流速度等于火焰向燃燒器傳播的速度。所以燃燒器上的氣體出流速度必須大于等于火焰速度。否則火焰會回火進(jìn)入燃燒器內(nèi)，導(dǎo)致熄火，甚至爆燃。由于富氧燃燒時(shí)火焰速度更快。富氧燃燒器的出流速度應(yīng)比空氣助燃系統(tǒng)更高。開始燃燒時(shí)，要開高爐煤氣和助燃空氣閥，然后開氧氣閥，按一定比例混入；停止燃燒時(shí)，先關(guān)氧氣閥，后關(guān)高爐煤氣和助燃空氣閥。3.3空燃比的控制

8、由2.2假設(shè)煙氣中含氧量不變，以表1高爐煤氣的成分進(jìn)行計(jì)算。圖2助燃空氣中含氧量與空氣消耗系數(shù)關(guān)系圖3助燃空氣中含氧量與空燃比關(guān)系由圖2和3可知，隨著助燃空氣中含氧量的增加，空燃比逐漸減小。在