熱風爐富氧燃燒特性與操作策略研究

1、2011年全國煉鐵低碳技術(shù)研討會論文集熱風爐富氧燃燒特性與操作策略研究熱風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：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，及運行效果，對采用富氧燃燒技術(shù)熱風爐的操作和使用有一定的指導意義。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：熱風爐富氧燃燒操作1前言前言燃料燃燒是

2、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含量卻高達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。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

3、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，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，針對熱風爐的實際操作帶來的變化；同時對于同種結(jié)構(gòu)的熱風爐，同時采用雙預熱和富氧燃燒技術(shù)，其運行情況進行了分析，提出了富氧燃燒技術(shù)對熱風爐的適用性，對采用富氧燃燒技術(shù)熱風爐的操作和使用有一定的指導意義。2富氧燃燒特性富氧燃燒特性2.1燃燒反應(yīng)速度應(yīng)用燃燒反應(yīng)動

4、力學原理，分析富氧燃燒反應(yīng)速度。熱風爐的主要燃料為高爐煤氣，高爐煤氣的主要成份為CO，其化學反應(yīng)計量式為：2COO2→2CO2其反應(yīng)速度為[1]：W=PK0mcomo20.25T2.25exp(2300T)（1）W——反應(yīng)速度，molsPK——比例系數(shù)，s1mcomo2——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助燃時，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)

5、研討會論文集由于高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，熱風爐需要進行燃燒與送風的轉(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?。因為穩(wěn)定燃燒時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。否則火焰會回火進入燃燒器內(nèi)，導致熄火，甚至爆燃。由于富氧燃燒時火焰速度更快。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，要開高爐煤氣和助燃空氣閥，然后開氧氣閥，按一定比例

6、混入；停止燃燒時，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高爐煤氣的成分進行計算。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。在熱風爐的富氧燒爐過程中的空燃比要比正常時小。3.4廢氣溫度的控制由高爐煤氣的燃燒特性和圖4可知，在助燃空氣中增加氧氣的含量，燃燒產(chǎn)物中CO2的量不發(fā)生變化；N2和H2O的量減

7、少，但是隨著含氧量的增加，N2減少的比較明顯；燃燒產(chǎn)生的煙氣量也明顯減少。00.20.40.60.811.21.41.61.8221253035404550助燃空氣中氧含量%煙氣量及各組成成分量m3m3VCO2VH2OVN2VO2Vy0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0021253035404550助燃空氣中氧含量%煙氣各組份的百分含量%YCO2YN2YH2O圖4含氧量與煙氣量及各組分量的關(guān)系圖5

8、含氧量與煙氣各組分百分含量的關(guān)系從圖5中可以看出，由于燃燒產(chǎn)物的減少，CO2和H2O的含量增加，而決定熱風爐輻射轉(zhuǎn)熱效果的主要是受燃燒產(chǎn)物中CO2和H2O含量的影響，燃燒產(chǎn)物中CO2和H2O含量增加，則該氣體的分壓就大，輻射給熱系數(shù)增大，能夠強化熱風爐內(nèi)部換熱。熱風爐內(nèi)部的傳熱方式為對流和輻射，對流傳熱占主要部分。由于助燃空氣中氧含量的增加，燃燒產(chǎn)0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.7