解凍庫(kù)高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性和安全性

李 明，鄒克武，倪紅兵

(承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，河北 承德 067000)

持續(xù)穩(wěn)定的燃燒高爐煤氣是保證解凍庫(kù)安全的主要因素，所以說(shuō)研究高爐煤氣的燃燒性能對(duì)解凍庫(kù)的安全具有重要意義。解凍庫(kù)中燃燒高爐煤氣是一個(gè)包含熱量傳遞、化學(xué)反應(yīng)、能量轉(zhuǎn)化等多個(gè)復(fù)雜而多變的過(guò)程。高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性主要包括兩個(gè)方面:一是高爐煤氣是否容易著火，二是高爐煤氣在著火后的燃燒效果。合理燃燒高爐煤氣應(yīng)該是點(diǎn)火迅速、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、分布的區(qū)域廣、燃燒火焰劇烈和充分［1］。

1 高爐煤氣穩(wěn)定燃燒的影響因素及分析

通過(guò)對(duì)高爐煤氣穩(wěn)定燃燒的機(jī)理進(jìn)行研究，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況分析可以得到，影響全燃高爐煤氣的解凍庫(kù)中煤氣燃燒穩(wěn)定性主要因素有:1)高爐煤氣成分;2)高爐煤氣的初溫;3)送風(fēng)空氣量。

1.1 高爐煤氣成分組成和熱值的影響

高爐煤氣是一種燃燒熱比較低的低熱值氣體燃料，他的主要可燃成分是少量氫氣(H2)和一氧化碳(CO)，其它大部分是氮?dú)?N2)、二氧化碳(CO2)和一些惰性氣體，另外還有少量的水，其成分構(gòu)成如表1所示。

表1 高爐煤氣成分

當(dāng)高爐煤氣組成成分變化時(shí)燃?xì)獾臒嶂狄搽S之改變。當(dāng)高爐煤氣中可燃成分含量減少，高爐煤氣的熱值也會(huì)跟著降低，而且，高爐煤氣中隨著可燃成分的減少，不可燃成分會(huì)相對(duì)增加，而N2、惰性氣體等不可燃成分在高爐煤氣燃燒過(guò)程中會(huì)吸收一部分燃燒熱量，造成高爐煤氣燃燒不穩(wěn)定、不充分甚至還會(huì)發(fā)生滅火事故［2］。因此高爐煤氣熱值較低時(shí)燃燒會(huì)更困難些。

具體地說(shuō)，由于H2是一種易燃的高熱值氣體，在高爐煤氣中增加H2的含量，可以提高高爐煤氣的熱值，所以增加H2的含量可以提高高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性。另外惰性氣體N2是高爐煤氣中主要的不可燃成分，增加N2含量的不僅降低了高爐煤氣的熱值而且會(huì)降低高爐煤氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋瑥亩绊懜郀t煤氣的燃燒穩(wěn)定性。高爐煤氣中水的含量增加時(shí)，水氣化與分解將會(huì)吸收可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的部分熱量，這樣高爐煤氣點(diǎn)火時(shí)所需要的熱量也會(huì)隨之增大，顯然這對(duì)著火是不利的。因此高爐煤氣在進(jìn)入燃燒室燃燒之前應(yīng)盡量將水濾盡。

總之，高爐煤氣成分的含量變化都會(huì)影響高爐煤氣的熱值，而高爐煤氣熱值的高低會(huì)影響到燃燒的穩(wěn)定性。

1.2 高爐煤氣初溫的影響

高爐煤氣的溫度越高，那么把高爐煤氣加熱到著火溫度所需要的熱量越少，減少燃燒時(shí)所需的熱量，所以，較高的高爐煤氣的初溫，有利于高爐煤氣的著火，提高高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性。

1.3 送風(fēng)空氣量的影響

進(jìn)入燃燒室的空氣量的提高，可以帶入更多氧氣(O2)，使燃燒更充分。另外，空氣溫度的提高，可以減少空氣在爐膛的吸熱量，也是有利于煤氣穩(wěn)定燃燒的一項(xiàng)措施。但是如果空氣太多，N2也會(huì)加大，從而使燃燒不穩(wěn)定，容易爆炸或者失火，出現(xiàn)安全事故。

2 高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性和安全性控制

2.1 提高高爐煤氣燃燒穩(wěn)定性的對(duì)策

1)控制風(fēng)機(jī)送風(fēng)空氣量

解凍庫(kù)內(nèi)的風(fēng)機(jī)一般以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式多采用軟啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)控制元件主要采用常規(guī)電氣控制，控制系統(tǒng)一般配備過(guò)流、過(guò)壓等普通保護(hù)裝置。風(fēng)機(jī)的啟停由操作室內(nèi)操作臺(tái)控制，操作臺(tái)安裝電流表以監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)電流。

根據(jù)如圖1所示的流程進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，分別改變不同氣體的送風(fēng)量模擬空氣與高爐煤氣的燃燒狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)中通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的電流來(lái)控制它的轉(zhuǎn)速，使空氣與燃?xì)馀浔瘸梢欢ǖ谋壤?。?shí)驗(yàn)表明:當(dāng)高爐煤氣的空氣過(guò)量系數(shù)為0.6～1.0，著火容積濃度界限為35% ～71%時(shí)燃燒速度最快［3］。

常溫常壓下，氣體燃料的著火貧限的化學(xué)當(dāng)量比為50%，無(wú)論紊流還是層流，火焰氣體燃料的濃度位于化學(xué)當(dāng)量比處或稍富一側(cè)，火焰的穩(wěn)定性最好，傳播速度最大［4］。當(dāng)燃?xì)馑俣冗_(dá)到150～230 m/s時(shí)，燃?xì)饬魉龠h(yuǎn)大于火焰的傳播速度，此時(shí)高爐煤氣早已脫火，無(wú)法正常燃燒，所以應(yīng)用高爐煤氣的解凍庫(kù)，在配風(fēng)上保證高爐煤氣完全燃燒的前提下采用低過(guò)量空氣系數(shù)的方法，不僅利于穩(wěn)定燃燒還可減少煙氣量，減少排煙損失。

2)提高煤氣初溫

在解凍庫(kù)運(yùn)行中，在燃燒高爐煤氣的燃燒室尾部煙道可加設(shè)熱管式煤氣加熱器，通過(guò)尾部的熱量來(lái)加熱解凍庫(kù)入口處燃?xì)?，使燃?xì)獾某鯗卦黾?，既提高了高爐煤氣的進(jìn)入解凍庫(kù)前的溫度，又降低了解凍庫(kù)排煙溫度，進(jìn)而提高燃燒穩(wěn)定性及效率。

2.2 提高煤氣使用安全性措施

主要通過(guò)設(shè)置煤氣低壓監(jiān)測(cè)、煤氣濃度檢測(cè)及快切閥控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為保證煤氣使用安全，防止煤氣壓力低時(shí)燒嘴回火，同時(shí)防止煤氣泄漏造成中毒、爆炸等安全事故，煤氣管道中安裝煤氣快切裝置。一旦煤氣壓力低于設(shè)定值、或煤氣泄漏使得現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)快切閥動(dòng)作，切斷煤氣，保證安全。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高爐煤氣的成分分析、空氣過(guò)量系數(shù)的研究，以及燃?xì)獬鯗貙?duì)燃燒的影響分析，給出了提高高爐煤氣燃燒穩(wěn)定性和安全性的對(duì)策，對(duì)全燃高爐煤氣解凍庫(kù)的生產(chǎn)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］陳尚彬.JLG型燃?xì)馊紵鞯男阅芗捌鋺?yīng)用［J］.工業(yè)鍋爐，2003(4):36－38.

［2］趙振興，曹子棟，常勇強(qiáng).高爐煤氣直流燃燒器的試驗(yàn)研究［J］.動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2010，30(2):118－122.

［3］賈榮榮，劉訓(xùn)良，溫治.低壓旋流式煤氣燃燒器的數(shù)值模擬［J］.工業(yè)鍋爐，2007，29(5):1－4.

［4］朱宇翔，秦曉東，陸方.全燃高爐煤氣鍋爐燃燒穩(wěn)定性影響因素分析［J］.工業(yè)鍋爐，2007(5):15－17.