煙氣外循環(huán)對(duì)焦?fàn)t煤氣低氮燃燒特性的影響

姜德惠

（承德中灤煤化工有限公司，河北 承德 067000）

0 引言

在焦化企業(yè)中，應(yīng)用焦?fàn)t進(jìn)行煉焦期間容易生成眾多的氮氧化合物，引發(fā)酸雨光化學(xué)煙霧等，在一定程度上會(huì)破壞臭氧層，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。應(yīng)用燃料性質(zhì)在一定程度上影響著焦炭的質(zhì)量。以往燃燒室中的燃燒性能完全借助鼻梁磚的溫度進(jìn)行展現(xiàn)，工人無(wú)法把控燃燒室內(nèi)實(shí)際的燃燒情況，但焦?fàn)t采用數(shù)字模擬工藝后，通過(guò)借助數(shù)值測(cè)算與圖畫(huà)顯像方式把焦?fàn)t中具體情況轉(zhuǎn)化為能夠直觀查看的狀態(tài)，明確炭化室中氣體燃燒的特點(diǎn)。

1 燃?xì)忮仩t氮氧化物形成機(jī)理

1.1 燃?xì)忮仩t構(gòu)成和工作原理

燃?xì)忮仩t主要是由燃?xì)馊紵龣C(jī)械與鍋爐本體組成，而燃?xì)馊紵w系中包括爐膛、燃燒器和燃燒期間需要應(yīng)用到的所有機(jī)械。體系運(yùn)轉(zhuǎn)期間主要將燃燒的氣體與空氣灌注到燃?xì)鈾C(jī)械中，借助氣體的燃燒過(guò)程把化學(xué)能量轉(zhuǎn)換成熱能，然后不斷地將熱能傳遞給鍋爐。而鍋爐本體主要應(yīng)用燃燒體系供給的熱量把水轉(zhuǎn)換成水蒸氣。運(yùn)轉(zhuǎn)期間主要目的，是將燃燒產(chǎn)生的熱能傳送給水體，保證水在特定壓力的情況中發(fā)生氣化，從而生成水蒸氣，并且確保水蒸氣具有特定的壓力與溫度。

1.2 低氮燃燒

低氮燃燒工藝隸屬根源管控范疇，借助比較先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)與燃燒方法，對(duì)燃燒期間燃燒條件與燃燒設(shè)備構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，保證在燃燒期間良好地管控NOx生成數(shù)量。低氮燃燒工藝通常能夠有效的縮減NOx的生成數(shù)量，大約能夠減少30%～60%。依據(jù)實(shí)際方式,能夠劃分為低氮燃燒管控、低氮燃燒設(shè)備以及煙氣再次應(yīng)用燃燒方式。

1.3 燃?xì)忮仩tNOx的形成機(jī)理

與燃煤鍋爐進(jìn)行比較，燃?xì)忮仩t的構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)便，且能夠起到降低能源消耗與保護(hù)環(huán)境的作用。其釋放的顆粒物與二氧化硫總量較少，在一定程度上減少了對(duì)自然環(huán)境的損害，燃?xì)忮仩t產(chǎn)生的NOx種類能夠劃分為燃燒型、快速型以及熱力型三種。其中燃燒型NOx為燃料中氮的有機(jī)化合物燃燒出現(xiàn)氧化，從而形成的NOx；快速型NOx為燃料中碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)燃燒，燃料含量較高的位置燃燒期間生成的烴和大氣中的氮產(chǎn)生變化，進(jìn)而生成氰化氫與氫根離子，然后持續(xù)氧化從而形成NOx；熱力型NOx為大氣中的氮?dú)庥捎谌紵郎囟容^高，從而發(fā)生氧化形成NOx。熱力型NOx在形成期間通常會(huì)應(yīng)用捷里道維奇機(jī)理，也就是說(shuō)在溫度不高于1 500 ℃期間，會(huì)生成較少的熱力型NOx；若是溫度超過(guò)1 500 ℃，則生成量會(huì)隨著問(wèn)題的增高而增多，大約為升高100 ℃生成數(shù)量增多6～7倍。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)計(jì)算

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的燃?xì)馐桥渲平範(fàn)t煤氣，燃?xì)獾臉?gòu)成如表1所示。

表1 配制焦?fàn)t煤氣成分

α應(yīng)用具體空氣量和理論空氣量的比例數(shù)值展開(kāi)測(cè)算，具體的空氣數(shù)量通過(guò)熱式流量設(shè)備進(jìn)行判定，理想空氣數(shù)量借助公式進(jìn)行測(cè)算。

式中：Qair，實(shí)際是燃燒期間具體的空氣數(shù)量，Qair，理論是理想狀態(tài)下燃燒需要的空氣數(shù)量。

應(yīng)用外循環(huán)煙氣量和理想狀態(tài)下煙氣量的比較數(shù)值展開(kāi)測(cè)算。煙氣外循環(huán)數(shù)量λ通過(guò)熱式流量設(shè)備展開(kāi)勘測(cè)，煙氣流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)情況下的體積流量數(shù)值，理想狀態(tài)下煙氣數(shù)量借助理想數(shù)值展開(kāi)測(cè)算。

式中：Qr是回配煙氣流量，Qflue是燃燒過(guò)程中生成的所有煙氣流量。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 α對(duì)焦?fàn)t煤氣NOx生成特性的影響

α與焦?fàn)t中溫度布設(shè)情況之間的聯(lián)系。在此種情況下，若是α=1.25，焦?fàn)t內(nèi)部煤氣燃燒過(guò)程中爐內(nèi)部溫度布設(shè)情況如下圖。如圖1所示，焦?fàn)t內(nèi)溫度依照爐體自下向上的順序先高再下降，燃燒溫度較高的位置主要為爐體的前端，也就是高度為100～600 mm之間，而溫度最高的位置為200 mm高度,高于200 mm之后溫度逐漸下降，最終下降到1 450 K。

圖1 α=1.25時(shí)爐內(nèi)溫度分布

當(dāng)α在1．05到1．25之間時(shí)，爐體中各個(gè)高度的溫度布設(shè)情況如圖2所示。通過(guò)圖表能夠發(fā)現(xiàn)，爐體高度在0～200 mm之間，α數(shù)值越大溫度越高。這主要是由于焦?fàn)t內(nèi)氣著火點(diǎn)偏低，和溫度較高的空氣融合后第一時(shí)間發(fā)生變化，隨著α的升高，流進(jìn)爐體中的空氣流量也逐漸增加，導(dǎo)致焦?fàn)t煤氣在進(jìn)入位置和空氣的變化情況增加，所以進(jìn)入位置的溫度逐步增加。依照?qǐng)D表能夠發(fā)現(xiàn)，燃燒過(guò)程中溫度較高的大約在200～600 mm之間，爐體內(nèi)部300～600 mm之間α數(shù)值越大溫度會(huì)先增高之后下降。若是在α=1.10期間，最高溫度出現(xiàn)在200～600 mm之間，溫度均值均超過(guò)1 625 K，此區(qū)間范疇為NOx產(chǎn)生的重要位置。爐體上部800～1 000 mm之間α數(shù)值逐漸增加，而溫度為先升高然后逐漸下降。主要是隨著α數(shù)值的增大，大多數(shù)燃料在底部的位置發(fā)生變化，重點(diǎn)燃燒位置反應(yīng)強(qiáng)度比較小，但是爐體上部熱量大多數(shù)來(lái)自于重要燃燒位置生成的溫度較高的煙氣，所以溫度會(huì)逐漸下降。

圖2 α對(duì)爐內(nèi)溫度分布的影響

2.2.2 燃燒負(fù)荷對(duì)焦?fàn)t煤氣NOx生成特性的影響

若是空氣預(yù)熱溫度是723 K，而α=1.1或1.2，燃燒負(fù)載是44%、58%以及74%的情況下展開(kāi)燃燒測(cè)驗(yàn)，探究燃燒負(fù)載與立體內(nèi)部氣體NOx產(chǎn)生之間的聯(lián)系。爐體內(nèi)部燃燒期間，若是負(fù)載為74%，將α管控到1.2大小，提高λ到超過(guò)20%，能夠有效的減少NOx的釋放。而若是燃燒負(fù)載為44%與58%，NOx的釋放體積數(shù)值較小，α與λ數(shù)值僅能夠在很小程度上干預(yù)NOx的數(shù)量。

2.2.3 外循環(huán)率對(duì)NOx生成量的影響

即使外循環(huán)率不盡相同但是溫度的布設(shè)情況基本一致。溫度較高的位置通常比較偏向于煤氣方向，并且外循環(huán)率的增高，立火道上方溫度梯度情況比較顯著。首先，煙氣內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)導(dǎo)致整體廢氣數(shù)量增加；其次，空氣側(cè)方流出提高提升了爐體內(nèi)部氣體的融合。外循環(huán)在溫度較高時(shí)干預(yù)情況比較顯著，若是在不應(yīng)用外循環(huán)期間，溫度最高時(shí)是2 032 K，循環(huán)率是10%期間，最高溫度下降54 ℃，循環(huán)率是20%期間，最高溫度下降88 ℃。隨著外循環(huán)功率的增加，進(jìn)入位置氧氣含量逐漸減少，內(nèi)循環(huán)效率首先減少之后上升，釋放位置NOx含量逐漸減少。通過(guò)外循環(huán)效率的含義能夠發(fā)現(xiàn)，在確?？諝鈹?shù)量的狀況下，減少氧氣含量則代表著其他氣體融合數(shù)量的增加[1]。

3 提升對(duì)策

3.1 低氮燃燒技術(shù)改造方案

首先，確保氮氧化物釋放含量小于30 mg/m3，并持續(xù)增加超低氮的釋放。最近幾年，我國(guó)大部分區(qū)域開(kāi)始落實(shí)氮氧化合物低于30 mg的超低氮釋放優(yōu)化，因此如果想要規(guī)避持續(xù)的進(jìn)行改善，需要加大改進(jìn)力度，爭(zhēng)取一次性滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。其次，減少爐體規(guī)定負(fù)載，使其大約為之前負(fù)載的75%，鍋爐處理超過(guò)每小時(shí)5.6 MW。由于應(yīng)用煙氣回流工藝，進(jìn)行燃燒的回流煙氣總量較少，縮減了爐體內(nèi)部的溫度，造成鍋爐出力與功效降低，負(fù)載減少。然后是裝設(shè)不高于30 mg/m3的超低氮燃燒設(shè)備。具體標(biāo)準(zhǔn)為：規(guī)劃構(gòu)造具體較高的科學(xué)性，儀器大小、性能指數(shù)和低碳鍋爐能夠融合；智能化水平較高，保證燃?xì)膺M(jìn)入數(shù)量會(huì)依照爐體內(nèi)部壓力與溫度展開(kāi)調(diào)控，自動(dòng)開(kāi)始，整體流程中展開(kāi)監(jiān)測(cè)，操作簡(jiǎn)便，維修和養(yǎng)護(hù)比較便捷，通過(guò)高質(zhì)量的維護(hù)能夠促進(jìn)設(shè)備的使用。除此之外，需安裝FGR煙氣外循環(huán)設(shè)備，保證低氮燃燒質(zhì)量。

3.2 低氮燃燒器-FGR煙氣外循環(huán)燃燒技術(shù)特點(diǎn)

首先，燃燒頭規(guī)劃比較新穎，是指在速度較高的情況下噴射的氣流在爐體中產(chǎn)生煙氣內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致少量煙氣被吸入到火苗底部，進(jìn)而減少了燃燒期間氧氣的含量，降低燃燒效率，從而使得火苗溫度下降。其次，是空氣與燃?xì)獾姆旨?jí)燃燒，應(yīng)用煙氣二次使用工藝，在一定程度上減少NOx的釋放，大約能夠下降到不超過(guò)30 mg/m3。然后，為旋流穩(wěn)火工藝的特性，確保FGR在大程度開(kāi)放時(shí)火苗能夠持續(xù)燃燒。最后，應(yīng)用SIEMENS燃燒管控體系對(duì)燃燒設(shè)備與爐體展開(kāi)安全管控，確保燃料體系能夠自主檢測(cè)泄漏、吹掃、點(diǎn)火、熄火、減少壓力、安全聯(lián)鎖以及負(fù)載調(diào)控等。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)上述結(jié)果分析我們能夠看出，煙氣外循環(huán)達(dá)到了預(yù)期的效果，大大降低了外排煙氣中氮氧化物濃度，滿足最新環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的推廣價(jià)值。