在環(huán)形加熱爐中應(yīng)用無焰燃燒模式能有效降低NOx的生成

鄭衛(wèi)衛(wèi)

摘要：本文介紹了目前環(huán)形加熱二種控制方式，并詳細(xì)闡述了我公司環(huán)形加熱的改造工藝，改造后采用脈沖無焰燒嘴來控制氮氧化物生成，從而達(dá)到排放要求。

關(guān)鍵詞：環(huán)形加熱爐;氮氧化物;無焰燒嘴

1、引言

氮氧化物（NOX）是造成大氣污染的主要污染源之一，NO會與血液中的血紅蛋白結(jié)合，使血液輸氧能力下降，造成缺氧;NO具有致癌作用，會對細(xì)胞分裂和遺傳信息產(chǎn)生不良影響;在大氣中，NO在02作用下會被緩慢氧化成N02，生成的N02進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致肺部和支氣管疾病;N02是酸阿中硝酸和亞硝酸的前驅(qū)體，在紫外光照射下，N02會與大氣中的碳氧化合物作用，生成光化學(xué)煙霧和臭氧;隨著國家對環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，特別是沿海城市，京津冀地區(qū)，都在實行氮氧化物超低排放NOx排放<150mg/Nm3（基于8%基準(zhǔn)）。

，如何降低我公司環(huán)形加熱爐的氮氧化物的排放是我們一直思考的問題。

2、環(huán)形加熱爐燃燒對比及改造方案

2018年12月份之前我公司Φ51米環(huán)形爐采用天然氣+高爐煤氣混合燃燒方式加熱的，由于混合煤氣的熱值約2000Kcal/Nm3，氮氧化物排放一直<150mg/Nm3（基于8%基準(zhǔn)），但由于外部原因高爐煤氣停供，只能采用純天然氣作為燃料加熱，我公司作為天津鋼管集團(tuán)的全資子公司，集團(tuán)要求我公司燃?xì)庀到y(tǒng)改造后氮氧化物排放<150mg/Nm3（基于8%基準(zhǔn)），2018年7月份起我公司對環(huán)形爐燃?xì)夤に囅到y(tǒng)如何改造，進(jìn)行了多次考察學(xué)習(xí)及技術(shù)交流，經(jīng)過多方技術(shù)論證我公司決定采用低氮脈沖無焰燒嘴模式。

目前國內(nèi)環(huán)形加熱爐基本都采用常規(guī)雙交叉限幅的比例控制方式，這種控制方式最大缺點是其比例輸出的范圍不能適應(yīng)爐子不同工況下對熱量的懸殊需求，并且在較低比例輸出時，燒嘴的火焰狀態(tài)很差甚至失形（平焰燒嘴尤甚），造成爐內(nèi)溫度場的不均勻;在環(huán)形加熱爐正常生產(chǎn)、待料保溫時NOx排放>150mg/Nm3（基于8%基準(zhǔn)）。

脈沖燃燒控制在國內(nèi)環(huán)形加熱爐沒有廣泛應(yīng)用，但是脈沖燃燒控制系統(tǒng)有以下優(yōu)點：

燃燒的最佳狀態(tài)：脈沖機(jī)理是通過調(diào)整燒嘴開閉時間計算供熱量，保證了燒嘴本體的定量輸出，實現(xiàn)了燃燒充分以及溫度、流量和壓力場的最佳化，即保證每個燒嘴的最佳燃燒狀態(tài)。

爐溫的均勻性：燒嘴性能始終保證最佳化，在爐寬方向?qū)崿F(xiàn)了穩(wěn)定、均勻的分布，解決了傳統(tǒng)比例燃燒在供熱波動時所造成的爐寬方向溫度場變化的問題。且在脈沖燃燒控制的過程中，爐內(nèi)流體場和溫度場在各個燒嘴燃燒產(chǎn)物的脈動沖擊和攪動作用下，使?fàn)t溫分布更加均勻化。

有利于降低 NOx 排放：對于傳統(tǒng)的比例燃燒系統(tǒng)，在保溫待軋等小流量情況下，空氣和煤氣的流量測量均不準(zhǔn)確，因此無法保證正常的空燃比，且燒嘴也在不正常的狀態(tài)下工作，會導(dǎo)致 NOx 排放升高。

無焰燃燒模式是利用上世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)的較溫和的燃燒現(xiàn)象而應(yīng)用于燒嘴產(chǎn)品時出現(xiàn)的燃燒模式。燒嘴進(jìn)行無焰燃燒模式時，不會出現(xiàn)明顯的火焰，燃料與氧化劑的反應(yīng)會彌散在整個爐內(nèi)空間完成，稱為無焰氧化。整個過程中燃燒噪音大幅降低，不存在明亮的火焰區(qū)，不存在局部高溫區(qū)，反應(yīng)溫和。優(yōu)點是燃燒空間溫度非常均勻，不存在局部高溫，不存在明顯火焰區(qū);燃料燃燒溫和，噪音大幅減小，能大幅度降低NOx的生成。

3、環(huán)形加熱爐改造后的燃燒模式及數(shù)據(jù)對比

我公司是中徑51米環(huán)形加熱爐，也目前國內(nèi)外最大中徑的環(huán)形加熱爐，環(huán)形爐加熱爐共分8個區(qū)。其中第八區(qū)正常不參與加熱，在待料時才會投入; 1區(qū)為預(yù)熱段、2區(qū)是加熱段、3區(qū)是加熱段、4區(qū)是加熱段、5區(qū)是加熱段、6區(qū)是均熱段、7區(qū)是均熱段。脈沖低氮燒嘴+脈沖無焰燃燒模式大規(guī)模應(yīng)用到環(huán)形加熱爐沒有任何數(shù)據(jù)及經(jīng)驗可借鑒，經(jīng)過多方技術(shù)交流以及燒嘴廠家的實驗測試，我公司決定采用脈沖低氮燒嘴+脈沖無焰燒嘴燃燒控制模式，燒嘴具體分布如表1所示：

自2019年2月份環(huán)形加熱爐改造投產(chǎn)以后，通過連續(xù)生產(chǎn)跟蹤，本次改造后的燃燒系統(tǒng)有如下優(yōu)點：1、脈沖控制對于各區(qū)溫度控制精度±5℃，遠(yuǎn)高于之前比例雙交叉溫度精度;2、各區(qū)可比例雙交叉和脈沖燒嘴自由切換，特別是2區(qū)、3區(qū)、4區(qū)配置無焰燒嘴+直焰燒嘴，更可自由切換;3、對比國內(nèi)其余環(huán)形加熱NOx的排放，我公司NOx的排放<150mg/Nm3（基于8%基準(zhǔn)），剛開始試驗中只投入2區(qū)或者2區(qū)3區(qū)無焰模式，氮氧化物有時會超150mg/Nm3，只有把無焰燒嘴全部投進(jìn)去氮氧化物的控制都在<150mg/Nm3，甚至有的低到60mg/Nm3;? ? ? 綜合對比國內(nèi)比例雙交叉系統(tǒng)的環(huán)形加熱爐，比例雙交叉工況下，特別是待軋時，燃?xì)饬髁啃?，空氣流量大，含氧量會升高，產(chǎn)生氮氧化物多;在切換脈沖無焰時能較好的控制爐內(nèi)含氧量，降低氮氧化物的生產(chǎn)。特別是待軋過程中脈沖無焰燃燒系統(tǒng)更體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。

4、結(jié)語

環(huán)形加熱爐改造脈沖無焰燒嘴可以發(fā)現(xiàn)，投入無焰模式時，氮氧化物排放量均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，并且脈沖控制燃燒要優(yōu)于雙交叉比例限幅控制，在環(huán)形加熱任何工況下采用脈沖無焰燒嘴都能控制氮氧化物生產(chǎn)，達(dá)到排放要求。

參考文獻(xiàn)：

（1）畢玉森.電站鍋爐 NOx排放現(xiàn)狀預(yù)測及技術(shù)政策 [J]. 中國電力，1998，31（12）：59-62

（2）段菁春，鋼鐵行業(yè)氮氧化物控制技術(shù)及對策，環(huán)境污染與防治.2013 35（3）：100-110