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加热炉燃烧系统CO减排技术应用分析

时间:2020-01-13 11:38

来源:工业炉

作者:白艳伟 白凤等

摘要: 介绍了一种加热炉燃烧系统CO减排技术,该新技术对于高炉煤气双蓄热式加热炉具有CO回收和降低排放的意义,降低了加热炉能耗,减少了环境污染,增加了环保效益.

对于高炉煤气双蓄热加热炉.从控制角度看.无论是集中换向控制还是分散换向控制.均存在换向阀至烧嘴喷口之前的煤气在排烟的过程被烟气带走.这样既浪费了能源又造成环境污染.针对此问题.相关设计院、热工专家研发出加热炉燃烧系统CO减排技术.该技术在节能减排方面有显著效果。

1 项目介绍

以唐山某钢厂加热炉项目为例.加热炉设4个供热段.炉温自动控制.通过设定各部分加热的温度值,控制各段燃料量的输入.保证出钢温度及温度的均匀性。该加热炉一加、二加、三加采用分段分侧半分散控制.均热段采用全分散控制。换向阀门全部为气动,以洁净的压缩空气作为动力源。

全炉共24台煤气小型双执行器三通换向阀和24台空气小型双执行器三通换向阀。正常工作时换向周期40-60 s左右.以时间为控制参数。

2 存在的问题

该加热炉采用高炉煤气双蓄热式燃烧.分段分侧控制方式.每个供热段的左右两侧交替燃烧和排烟,采用三通换向阀进行换向,约60s换向一次。

每个三通换向阀之间的煤气、烟气管道是相互独立的.但是三通阀到烧嘴之间的管道(包括烧嘴本体)则是煤气和烟气共同使用的。在正常生产时.燃烧侧的烧嘴将会由燃烧状态切换到排烟状态.即三通换向阀将会由进煤气状态切换到排烟气状态.换向后公共管道内的高炉煤气将会被抽到排烟管道中f图1中云线区域管道),导致煤气浪费以及排放污染。

1.jpg

而且由于换向阀每60 s将换向一次.加热炉的四个控制段将会周而复始不停地排放公共管道中的煤气。这将造成每天1 440次的煤气直接排放.每年(按330 d)47.52万次的煤气直接排放,既造成了煤气的严重浪费,也造成了大气的污染。

煤气浪费量计算值见表1。

2.jpg

对此数据分析:

(1)煤气的直接排放,造成能源的严重浪费,增加了生产成本:

(2)排放物污染大气环境:

(3)加热炉排放烟气周围可能存在公共及生活区域,存在安全隐患。

3  CO减排技术应用

(1)为了解决上述所说的加热炉公共管道煤气排放浪费及污染的问题.就需要避免换向时煤气直接被抽到煤烟管道中直接排放。

(2)为了解决燃烧向排烟切换时.三通阀后管道内的煤气则被抽到烟气管道内。在三通阀换向(即三通阀的煤气阀板切断)后.采用一种中介气体将三通阀和烧嘴之间的公共管道内的煤气吹到炉内进行燃烧,这样再换向时.公共管道内存在的就是这种中介气体。然后换向阀的煤烟阀板打开.进行正常的排烟工作。这样就不会有煤气被吸入到烟气管道内了,避免了煤气浪费以及排放污染。

(3)中介气体必须采用不与煤气发生反应的气体,为考虑成本因素,选择煤烟烟气作为吹扫气体。

4 安全联锁问题

主要安全问题是高炉煤气防爆.因此安全防护系统是关键。

高炉煤气的成分大致为二氧化碳6%。12%、一氧化碳23%。27%、氢气1%~4%、氮气55%。60%、烃类0.2%。0.5%及少量的二氧化硫。高炉煤气的着火温度是650。700℃.爆炸极限是46%。68%.因此必须确保炉膛内的温度高于700℃.高炉煤气的使用才处于安全状态。

安全措施:

(1)保险起见,当各段炉温超过750℃时,煤气反吹才允许投用:一旦各段炉膛温度低于750℃,该段煤气反吹停止运行。

(2)排烟温度高于200℃时,该段煤气停止反吹。

(3)在烟气反吹风机前增加一路氮气吹扫管路.在各支管末端阀门前增加放散管路.便于在该系统启用前或者停用后对该段管路进行吹扫。

(4)烟气风机人口前设置调节切断阀.当炉区停电时保证反吹系统与原系统能有效切断。

(5)所有电动阀门、气动阀门、风机电机等全部为防爆型.确保在煤气区域机电设备安全运行。

5 技术改造特点浅析

该技术应考虑尽量减少对原加热炉燃烧系统的影响。包括产量、炉压、引风机运行、换向时间等因素,从以下几方面进行考虑:

(1)全部切断用阀门采用直行程两通换向阀,其优点在于:①相对于大口径快切阀,直行程换向阀的换向时间足够短:②相对于三通换向阀,其离所吹扫的管道足够近。减少对该侧燃烧系统的干扰。

(2)反吹管道及反吹三通阀的管径选取要适当加大.一要考虑现有的空间布置,二要考虑反吹时间.在替换煤气的过程中,尽量接近原有的煤气流量,模拟原有的燃烧状况,减少对生产的影响。

(3)设置烟气温度及炉内温度联锁,确保反吹系统安全使用。

(4)烟气反吹主管带快切功能.在系统故障或者停用时.能起到切断作用,确保安全。

(5)反吹烟气排放口设置在煤烟引风机后,减少煤烟引风机的负荷波动.充分考虑现有引风机的稳定运行.不对现有引风机造成干扰、引起喘振。

(6)在燃烧负荷变化时,可以根据实际状况调节反吹系统烟气量.模拟反吹前的燃烧状态.减少对生产的影响。

(7)重新优化原燃烧系统换向程序,反吹系统序退出时,原燃烧系统恢复到原始状态。

6 应用效果

技术改造前高炉煤气蓄热式加热炉煤烟排放中CO含量约2.5×10-2-3×10-2,甚至更高。技术改造后.加热炉正常运行时煤烟排放中C0含量约2.5×10-3-3×10-3。大幅降低了CO排放量.又使煤气得到有效回收,减少了环境污染,节省了运营成本,为企业带来了经济效益和环保效益。

7 结论

高炉煤气双蓄热加热炉燃烧CO减排技术既带来了经济效益,又兼具环保效益,因此具有很大的技术推广前景。建议在有条件的钢铁企业进行推广应用。

编辑:赵凡

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