烟气外循环对焦炉煤气低氮燃烧特性的影响

姜德惠

（承德中滦煤化工有限公司，河北 承德 067000）

0 引言

在焦化企业中，应用焦炉进行炼焦期间容易生成众多的氮氧化合物，引发酸雨光化学烟雾等，在一定程度上会破坏臭氧层，严重影响生态环境。应用燃料性质在一定程度上影响着焦炭的质量。以往燃烧室中的燃烧性能完全借助鼻梁砖的温度进行展现，工人无法把控燃烧室内实际的燃烧情况，但焦炉采用数字模拟工艺后，通过借助数值测算与图画显像方式把焦炉中具体情况转化为能够直观查看的状态，明确炭化室中气体燃烧的特点。

1 燃气锅炉氮氧化物形成机理

1.1 燃气锅炉构成和工作原理

燃气锅炉主要是由燃气燃烧机械与锅炉本体组成，而燃气燃烧体系中包括炉膛、燃烧器和燃烧期间需要应用到的所有机械。体系运转期间主要将燃烧的气体与空气灌注到燃气机械中，借助气体的燃烧过程把化学能量转换成热能，然后不断地将热能传递给锅炉。而锅炉本体主要应用燃烧体系供给的热量把水转换成水蒸气。运转期间主要目的，是将燃烧产生的热能传送给水体，保证水在特定压力的情况中发生气化，从而生成水蒸气，并且确保水蒸气具有特定的压力与温度。

1.2 低氮燃烧

低氮燃烧工艺隶属根源管控范畴，借助比较先进的生产技术与燃烧方法，对燃烧期间燃烧条件与燃烧设备构造进行优化，保证在燃烧期间良好地管控NOx生成数量。低氮燃烧工艺通常能够有效的缩减NOx的生成数量，大约能够减少30%～60%。依据实际方式,能够划分为低氮燃烧管控、低氮燃烧设备以及烟气再次应用燃烧方式。

1.3 燃气锅炉NOx的形成机理

与燃煤锅炉进行比较，燃气锅炉的构造相对简便，且能够起到降低能源消耗与保护环境的作用。其释放的颗粒物与二氧化硫总量较少，在一定程度上减少了对自然环境的损害，燃气锅炉产生的NOx种类能够划分为燃烧型、快速型以及热力型三种。其中燃烧型NOx为燃料中氮的有机化合物燃烧出现氧化，从而形成的NOx；快速型NOx为燃料中碳氢化合物经过燃烧，燃料含量较高的位置燃烧期间生成的烃和大气中的氮产生变化，进而生成氰化氢与氢根离子，然后持续氧化从而形成NOx；热力型NOx为大气中的氮气由于燃烧温度较高，从而发生氧化形成NOx。热力型NOx在形成期间通常会应用捷里道维奇机理，也就是说在温度不高于1 500 ℃期间，会生成较少的热力型NOx；若是温度超过1 500 ℃，则生成量会随着问题的增高而增多，大约为升高100 ℃生成数量增多6～7倍。

2 实验分析

2.1 实验计算

实验应用的燃气是配制焦炉煤气，燃气的构成如表1所示。

表1 配制焦炉煤气成分

α应用具体空气量和理论空气量的比例数值展开测算，具体的空气数量通过热式流量设备进行判定，理想空气数量借助公式进行测算。

式中：Qair，实际是燃烧期间具体的空气数量，Qair，理论是理想状态下燃烧需要的空气数量。

应用外循环烟气量和理想状态下烟气量的比较数值展开测算。烟气外循环数量λ通过热式流量设备展开勘测，烟气流量转换为标准情况下的体积流量数值，理想状态下烟气数量借助理想数值展开测算。

式中：Qr是回配烟气流量，Qflue是燃烧过程中生成的所有烟气流量。

2.2 结果与分析

2.2.1 α对焦炉煤气NOx生成特性的影响

α与焦炉中温度布设情况之间的联系。在此种情况下，若是α=1.25，焦炉内部煤气燃烧过程中炉内部温度布设情况如下图。如图1所示，焦炉内温度依照炉体自下向上的顺序先高再下降，燃烧温度较高的位置主要为炉体的前端，也就是高度为100～600 mm之间，而温度最高的位置为200 mm高度,高于200 mm之后温度逐渐下降，最终下降到1 450 K。

图1 α=1.25时炉内温度分布

当α在1．05到1．25之间时，炉体中各个高度的温度布设情况如图2所示。通过图表能够发现，炉体高度在0～200 mm之间，α数值越大温度越高。这主要是由于焦炉内气着火点偏低，和温度较高的空气融合后第一时间发生变化，随着α的升高，流进炉体中的空气流量也逐渐增加，导致焦炉煤气在进入位置和空气的变化情况增加，所以进入位置的温度逐步增加。依照图表能够发现，燃烧过程中温度较高的大约在200～600 mm之间，炉体内部300～600 mm之间α数值越大温度会先增高之后下降。若是在α=1.10期间，最高温度出现在200～600 mm之间，温度均值均超过1 625 K，此区间范畴为NOx产生的重要位置。炉体上部800～1 000 mm之间α数值逐渐增加，而温度为先升高然后逐渐下降。主要是随着α数值的增大，大多数燃料在底部的位置发生变化，重点燃烧位置反应强度比较小，但是炉体上部热量大多数来自于重要燃烧位置生成的温度较高的烟气，所以温度会逐渐下降。

图2 α对炉内温度分布的影响

2.2.2 燃烧负荷对焦炉煤气NOx生成特性的影响

若是空气预热温度是723 K，而α=1.1或1.2，燃烧负载是44%、58%以及74%的情况下展开燃烧测验，探究燃烧负载与立体内部气体NOx产生之间的联系。炉体内部燃烧期间，若是负载为74%，将α管控到1.2大小，提高λ到超过20%，能够有效的减少NOx的释放。而若是燃烧负载为44%与58%，NOx的释放体积数值较小，α与λ数值仅能够在很小程度上干预NOx的数量。

2.2.3 外循环率对NOx生成量的影响

即使外循环率不尽相同但是温度的布设情况基本一致。温度较高的位置通常比较偏向于煤气方向，并且外循环率的增高，立火道上方温度梯度情况比较显著。首先，烟气内循环与外循环导致整体废气数量增加；其次，空气侧方流出提高提升了炉体内部气体的融合。外循环在温度较高时干预情况比较显著，若是在不应用外循环期间，温度最高时是2 032 K，循环率是10%期间，最高温度下降54 ℃，循环率是20%期间，最高温度下降88 ℃。随着外循环功率的增加，进入位置氧气含量逐渐减少，内循环效率首先减少之后上升，释放位置NOx含量逐渐减少。通过外循环效率的含义能够发现，在确保空气数量的状况下，减少氧气含量则代表着其他气体融合数量的增加[1]。

3 提升对策

3.1 低氮燃烧技术改造方案

首先，确保氮氧化物释放含量小于30 mg/m3，并持续增加超低氮的释放。最近几年，我国大部分区域开始落实氮氧化合物低于30 mg的超低氮释放优化，因此如果想要规避持续的进行改善，需要加大改进力度，争取一次性满足环保标准。其次，减少炉体规定负载，使其大约为之前负载的75%，锅炉处理超过每小时5.6 MW。由于应用烟气回流工艺，进行燃烧的回流烟气总量较少，缩减了炉体内部的温度，造成锅炉出力与功效降低，负载减少。然后是装设不高于30 mg/m3的超低氮燃烧设备。具体标准为：规划构造具体较高的科学性，仪器大小、性能指数和低碳锅炉能够融合；智能化水平较高，保证燃气进入数量会依照炉体内部压力与温度展开调控，自动开始，整体流程中展开监测，操作简便，维修和养护比较便捷，通过高质量的维护能够促进设备的使用。除此之外，需安装FGR烟气外循环设备，保证低氮燃烧质量。

3.2 低氮燃烧器-FGR烟气外循环燃烧技术特点

首先，燃烧头规划比较新颖，是指在速度较高的情况下喷射的气流在炉体中产生烟气内循环，导致少量烟气被吸入到火苗底部，进而减少了燃烧期间氧气的含量，降低燃烧效率，从而使得火苗温度下降。其次，是空气与燃气的分级燃烧，应用烟气二次使用工艺，在一定程度上减少NOx的释放，大约能够下降到不超过30 mg/m3。然后，为旋流稳火工艺的特性，确保FGR在大程度开放时火苗能够持续燃烧。最后，应用SIEMENS燃烧管控体系对燃烧设备与炉体展开安全管控，确保燃料体系能够自主检测泄漏、吹扫、点火、熄火、减少压力、安全联锁以及负载调控等。

4 结语

总而言之，通过上述结果分析我们能够看出，烟气外循环达到了预期的效果，大大降低了外排烟气中氮氧化物浓度，满足最新环保排放标准，具有较高的推广价值。