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轧钢工艺制氮机富氧尾气回收应用于加热炉富氧燃烧研究

杨 松 朱长明
(大庆开发区三春节能技术有限公司)
摘 要 通过对不同氧浓度和燃烧火焰及温度场的试验研究,并结合富氧燃烧技术机理分析了富氧燃烧技术的可行性和经济合理性;而富氧燃烧技术一直受制氧成本高和运行费用高等因素限制,制氮机富氧尾气回收系统的研发成功解决了富氧来源及运行费用高的问题,将制氮机富氧尾气回收后用于加热炉中进行富氧燃烧可实现增产节能的作用。
关键词 制氮机富氧尾气回收 加热炉 富氧燃烧技术 节能
Steel rolling process oxygen-enriched exhaust gas recycling nitrogen making machine applied in the study of oxygen-enriched combustion furnace
Yang-song Chang-ming zhu
(Daqing development zone three Spring Festival can technology co., LTD)
Abstract Through different oxygen concentration and combustion flame and the temperature field of the test and research, and combining the oxygen-enriched combustion technology mechanism analysis of the feasibility of oxygen-enriched combustion technology and economic rationality; And rich oxygen combustion technology has high oxygen generation cost, operation cost higher factors limit, nitrogen making machine oxygen-enriched tail gas recovery system developed to solve the source of oxygen enrichment and high operation cost, after oxygen-enriched exhaust gas recycling nitrogen making machine is used for heating furnace in the effect of oxygen-enriched combustion increase productivity and energy saving can be realized.
Key Words Nitrogen making machine oxygen-enriched tail gas recovery The heating furnace Oxygen-enriched combustion technology Energy saving

富氧燃烧技术被**列为(**批)**节能领域推广技术,而富氧气来源及制氧成本高一直制约着富氧燃烧技术的规模应用。制氮机富氧尾气回收系统的诞生解决了制氧成本高这一难题,轧钢企业一般都配备KDN,PSA制氮机,生产的高纯氮气作为保护气体,产生的富氧尾气直接排放,而这种富含氧浓度较高的气体排放,是一种资源的浪费,如果将富氧气收集利用到加热炉中进行富氧燃烧,将会对加热炉起到提产、节约燃料和提高热效率等一系列作用。
1富氧燃烧特性试验
大庆开发区三春节能技术有限公司与吉林大学合作完成了**首例富氧燃烧特性试验,探究出了不同氧浓度与火焰及温度场的关系。由图1可看出,不同的氧浓度影响着火焰刚性及温度场的分布。
图1 氧浓度与火焰和温度场的关系
2富氧燃烧技术原理分析
从燃烧学的角度分析,富氧对燃烧反应有以下几方面影响。
(1)富氧燃烧可提高理论燃烧温度
燃烧温度的提高可使辐射换热效率增强,根据辐射换热公式:Q=5.669×10-8×A×T4可知:辐射换热量与温度的四次方成正比。同时还可以缩短加热时间,在燃料不变的情况下可提高产量,保持产量不变可节约燃料。
(2)根据质量作用定律,针对一定的化学反应aA+bB → cC+dD,化学反应速度为W=kaAbB,在温度一定时k是一定的,化学反应速度仅与反应物A、B的浓度相关。由图2可知,增加氧气浓度势必会加快反应速度[1]
图2 氧浓度与燃料反应速度的关系
(3)富氧燃烧在总氧量不变的工况下可减少入炉氮气量、烟气量。
在助燃空气中如增加1%的氧气,则相应减少4%的氮气[2]。根据烟气量公式计算[2],烟气减少3.75%左右。
3富氧燃烧对加热炉的影响
轧钢加热炉有隔氧和非隔氧两种形式,隔氧式加热炉有钟罩加热炉、热管辐射加热炉等。一般加热炉加热能力不足,主要表现为加热速度问题。原燃烧方式理论燃烧温度不高,火焰辐射传热能力不强,不能快速加热,导致非隔氧式加热炉氧化烧损严重。
如果将制氮机富氧尾气回收用于加热炉中进行富氧燃烧,在总氧量不变的工况下,可提高燃烧热效率和传热效率从而加快加热速度,**氧化烧损率。对于产量不足的加热炉可以进行提产,在产量不变的情况下可以节约燃料。
减少烧损的意义不仅在于提高了产品质量,增加产量,**燃耗经济效益,而且还**工人劳动强度。氧化铁皮导热率低,恶化钢坯传热条件,从而增加燃耗,**产量。氧化铁皮脱落后沉积在炉底,为了**这些氧化铁皮,**了工人的劳动强度[3]
4制氮机富氧尾气回收系统
制氮机排放的富氧尾气是经过了过滤-压缩-净化-吸附-解吸-排放的过程,得到的洁净的、干燥的,浓度在30%左右的富氧空气,是富含氧的优质助燃氧化剂,制氮机富氧尾气量等于制氮机压缩空气与产氮量之差。
制氮机的尾气排放特点是压力不均、非线性、浓度不均,这导致回收困难并无法直接应用。针对富氧尾气回收的难题,公司设计了一套线性调节系统,使其富氧尾气变为线性,能够稳定输送应用;同时设计一套浓差调制系统,使氧浓度均匀,确保在不影响制氮机正常工作的前提下,使其稳定、**、快速的回收富氧尾气。
富氧尾气回收装置的**控制系统采用自动控制;原制氮机流程只做极小改动(管路流程不变,只增加控制阀);确保原制氮机控制不变(新增收集设备控制程序与原制氮机控制程序间无切换,无连锁),确保不增加**不**因素。如图3可见,制氮机富氧尾气回收系统。(KDN制氮机暂不介绍)
图3 制氮机富氧尾气回收系统
制氮机富氧尾气回收系统应用需保证以下几点技术要求:
(1)保证不影响制氮机制氮
(2)进行浓差调节,保证富氧浓度均匀
(3)调控线性流量
(4)保证输送压力稳定
回收后的富氧尾气正好适合各种富氧生产工艺应用;投入些设备即可回收利用,经济效益可观,节约设备成本,一机两用。
5结论
已经有很多轧钢企业在加热炉上应用富氧燃烧技术并取得了****。但富氧气来源和制氧成本高的问题使已经应用富氧燃烧技术的企业效益并不**。所以制约着富氧燃烧技术在轧钢领域上大规模的应用;而制氮机富氧尾气回收系统恰恰解决了这些难题,只投入少量设备就可以回收利用富氧气,实现一机两用节约设备成本,可为企业带来**的经济效益。
参考文献
[1] 韩昭沧,燃料及燃烧,冶金工业出版社,1987:44-47
[2] 钢铁厂工业炉设计参考资料.[M].北京:冶金工业出版社.1979.
[3] 蒋受宝,蒋绍坚,张 灿,等.高温富氧空气燃烧加热时间和氧化烧损研究[J].工业炉,2007,29(2):1-3.