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高炉煤气燃烧器的开发与应用-完美体育官网

发布作者: 发布时间:2018-05-18 11:04:35
 

目前,在国内钢铁企业的焦化厂中管式炉大多使用焦炉煤气作为热源,每年要消耗大量的焦炉煤气,而在钢铁企业炼铁高炉中产生的大量低热值高炉煤气,由于着火温度高、着火浓度范围窄、燃烧稳定性差、容易熄火等原因,应用范围受限,除一部分用于加热炉外,剩余部分没有利用。

在全民环保意识增强和国家节能减排的产业政策要求下,节约高值、经济价值高的焦炉煤气,充分利用低热值的高炉煤气,已成为各钢铁企业焦化厂亟待解决的一个课题。管式炉用高炉煤气燃烧器利用高炉煤气作为焦化厂管式加热炉的热源,扩大了高炉煤气应用范围,降低了能源消耗,可广泛用于钢铁企业的焦化厂,具有很好的推广价值。

1开发要点

管式炉要采用高炉煤气替代焦炉煤气,必须要有安全、高效的燃烧器。通过对高炉煤气燃烧特性数据的分析,得出以下结论:高炉煤气最大的缺点是燃烧稳定性差,易熄火。因此,在研制高炉煤气燃烧器的过程中,如何确保安全、有效地使用高炉煤气,是关键所在。

一氧化碳是高炉煤气中的主要可燃成分,占可燃成分90%以上。它是一种无色、无味的有毒气体,属于高度危害。由于高炉煤气着火温度比焦炉煤气高,着火浓度范围窄,一旦出现压力波动使燃烧器脱火,造成炉内熄火,煤气外泄,就会酿成重大安全事故。因此,防止熄火是本项技术的关键。

通过对高炉煤气燃烧特性的分析,要防止燃烧器熄火必须满足高炉煤气燃烧的必要条件如下:

1)空气与煤气的相对浓度要合适,在可燃区间内。

 2)控制燃烧器出口的煤气平均速度在可燃区间内。

3)预热煤气,使煤气温度靠近着火温度,容易着火。

4)在燃烧器出口设值班火炬(长明灯)作为点火源。

为确保燃烧器不熄火,在燃烧器中央增设1控制这些关键温度指标。

控制回流液温度和回流比

适宜的回流液温度和回流比是衡量蒸馏塔运行效率高低的重要指标,特别是回流比的确定需要根 据生产实际情况进行反复的调试和摸索。

效果分析

通过采取上述措施,粗苯加氢精制装置萃取蒸馏的生产操作较为稳定, 萃取蒸馏单元的处理能力 及主要产品质量、 回收率均达到甚至超过了设计值,装置能耗指标优于设计值,经济效益十分明显。 具体数据见表 2 。

萃取蒸馏单元生产操作优化效果

主要经济技术指标                  设计值         优化前         优化后

煤气消耗/m3·t粗苯)-1                    285            270            250

耗电量/kwh·(t粗苯)-1               84              90             75

蒸汽消耗/t·h-1                                 0.28             0.25            0.20

单元处理量/t·h-1                    5.45              5.3            5.8

纯苯产品纯度/%                   99.95            99.95           99.99

纯苯产率/%                        97.8             97.3           98.3

甲苯产品纯度/%                    99              99.3            99.7

甲苯产率/%                       97.3              96.8            97.5

4:结论

对焦化粗苯加氢精制装置萃取蒸馏单元进行生产操作优化,保证了装置连续、稳定运行。在保证较高产品回收率的同时提高了产品的质量,精制纯苯纯度从 99.95%提高到 99.99% ,同时产品产率相应提高了 1% 。

辐射管式值班火炬, 高炉煤气燃烧器简图见图 1 。

 

高炉煤气燃烧器为三重圆筒,最外层是空气通道,中间层为主高炉煤气通道,中央是辐射管式值班火炬。

高炉煤气燃烧器由燃烧室、辐射管及值班火炬组成一个独立体系以防止外界条件变化影响燃烧。燃烧室设引射式喷嘴,利用煤气余压引射空气混合后燃烧。

为了稳定燃烧,此处采用燃烧特性好的燃料(焦炉煤气等),燃烧火焰经辐射管可以加热管外的主高炉煤气,辐射管头部是值班火炬,位于燃烧器主煤气出口上方,并设有多个侧向喷火孔。外层的空气和煤气在燃烧器出口处混合后,被最内层的值班火炬喷出火焰点燃。

2技术方案与特点

由于焦炉煤气与高炉煤气的燃烧特性不同,必须对采用高炉煤气的管式炉重新进行技术参数核算,焦炉煤气与高炉煤气的燃烧特性对比见表1

1焦炉煤气与高炉煤气的燃烧特性对比

项目    热值 /kj·m-3    理论燃烧温度 /℃ 着火温度 /℃  理论空气量 /m3·m-3理论烟气量 / m3·m-3

高炉煤气   3 265         1 580         700~800      0.63             1.5

焦炉煤气  17 589         1 998         650~750      4.21            4.88

一般焦化厂管式炉辐射室顶部温度为600650℃,辐射室炉墙温度约800℃。从以上数据可以 看出,按热值折算,5.4m3高炉煤气相当于1m3焦炉煤气。热值相同的焦炉煤气与高炉煤气的理论空气量与理论烟气量相差不大,燃料替换后管式炉结构尺寸可以不变。

为验证辐射管式值班火炬装置,制作了火炬装置并进行了燃烧试验,燃料为液化石油气。辐射管加热后呈暗红色,顶部喷出火焰长度约200 400mm。试验证明了方案可行。

在辐射管式值班火炬试验成功的基础上,我们设计出能力为1mw的管式炉用高炉煤气燃烧器。以下为418kj/h高炉煤气燃烧器技术数据:

高炉煤气燃烧器每台供热量:qb=418kj/h;高炉煤气压力:4kpa;高炉煤气发热量:qb= 3344kj/m3;高炉煤气量:vb=1250m3/h;高炉煤气比热:cb=1.8346kj/(m3·);辐射管用焦炉煤气量:vc=10m3/h;焦炉煤气压力:4kpa;焦炉煤气发热量:qc=17556kj/m3;焦炉煤气燃烧发热量:qc=175560kj/h

研制高炉煤气燃烧器结构时充分考虑了焦化厂的操作习惯,采用与兖州工程中引进的燃烧酸汽的 克劳斯炉烧嘴相近的结构,煤气和空气均不用另设加压机,操作简单方便。因该燃烧器的燃料要比酸汽的燃烧性能好,可以稳定燃烧。高炉煤气燃烧器的辐射管内焦炉煤气用量仅占总热量的4.2%左右,主要热量来自高炉煤气。 国内燃烧器的定型产品均采用风机加压一种气体以引射另一种气体的方案。该装置采用带辐射管的值班火炬,辐射管提高燃气温度后,可以扩大可燃极限,值班燃气采用掺混少量焦炉煤气的高炉煤气,替代效果更好。

3结束语

高炉煤气是一种低热值煤气,安全性差,应用 范围窄。该装置试验成功,将在钢铁企业内扩大高炉煤气使用范围,改善钢铁企业燃料结构,节省大量的高热值燃料。以试验成功的湘钢焦化厂粗苯管式炉计算,全年可增加收益160万元。替换出的焦炉煤气用于城市煤气,可增加3.5万户家庭供气。该装置结构简单,不用另加辅助设备,煤气操作方便。可代替现有的加压引射式高炉煤气燃烧器,其结构原理还可用于其他低热值燃气。