保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備

1984年英國的Avesta Sheffild公司用于不銹鋼退火爐加熱段的一側(cè)爐墻上，裝了9對，其效果是產(chǎn)量由30t／h增加到45t／h，單耗為1.05GJ／t。雖然是單側(cè)供熱，帶鋼溫度差僅為±5。    

1988年英國的Rotherham Engineering Steels公司在產(chǎn)量175 t／h的大方坯步進(jìn)梁式爐上裝了32對RCB燒嘴，取代了原來的全部燒嘴，600熱裝時單耗0.7GJ／t，爐內(nèi)溫度差±5。 

日本從1985年開始了蓄熱燃燒技術(shù)的研究。他們沒有以陶瓷小球作蓄熱體，而是采用了壓力損失小、比表面積比小球大4—5倍的陶瓷蜂窩體，減少了蓄熱體的體積和重量。 

1993年，日本東京煤氣公司在引進(jìn)此項技術(shù)后作了改進(jìn)，將蓄熱器和燒嘴組成一體并采用兩階段燃燒以降低NOx值，其生產(chǎn)的蓄熱式燒嘴稱FDI型。開始用于步進(jìn)梁式爐，鍛造爐，罩式爐以及鋼包烘烤器等工業(yè)爐上。

日本NKK公司于1996年在230t／h熱軋板坯加熱爐(福山廠)上全面采用了蓄熱式燃燒技術(shù)，使用的是以高效蜂窩狀陶瓷體作蓄熱體的熱回收裝置和噴出裝置一體化的緊湊型蓄熱式燒嘴，燒嘴每30s切換一次。投產(chǎn)后，爐內(nèi)氧濃度降低、 NOx大幅度減少，爐內(nèi)溫度均勻，效率提高。 

在中國,早期的蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵冶金行業(yè)中的煉鋼平爐和初軋均熱爐上。然而，由于當(dāng)時所采用的蓄熱體單位比表面積小，蓄熱室結(jié)構(gòu)龐大，換向閥安全性能差、造價高，高溫火焰溫度集中，技術(shù)復(fù)雜等諸多原因，導(dǎo)致了其難以在其他加熱爐和熱處理爐上使用。

80年代后期，我國開始了陶瓷小球蓄熱體蓄熱式燃燒技術(shù)的研究和應(yīng)用。當(dāng)時，結(jié)合我國廣泛使用低熱值燃料，特別是大量高爐煤氣被放散的實際情況，我國的熱工研究者開發(fā)出了適合我國國情的獨具特色的蓄熱式高溫燃燒技術(shù)軟硬件系統(tǒng)，并逐步應(yīng)用于均熱爐、車底式退火爐、加熱爐等各種工業(yè)爐窯上。

保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備基本原理及特點

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蓄熱式燃燒裝置的原理

當(dāng)燃燒裝置1處于燃燒狀態(tài)時，被加熱介質(zhì)（助燃空氣、煤氣）通過換向閥進(jìn)入蓄熱室，高溫蓄熱體把介質(zhì)預(yù)熱到比爐溫低100～150的高溫，通過空煤氣燒嘴（或火道）進(jìn)入爐內(nèi)，進(jìn)行彌散混合燃燒。而另一個配對的燃燒裝置2則處于蓄熱狀態(tài)，高溫?zé)煔饬魅胄顭崾遥瑢⑿顭狍w加熱，煙氣溫度降到250～150后流過換向閥經(jīng)排煙機(jī)排出。煤氣、空氣預(yù)熱各設(shè)置一臺排煙機(jī)，只預(yù)熱空氣設(shè)置一臺排煙機(jī)。  

蓄熱式燃燒裝置系統(tǒng)主要由燃燒裝置、蓄熱室（內(nèi)有蓄熱體）、換向系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)和連接管道五大部份組成。無論哪種形式的燃燒裝置，蓄熱室（內(nèi)有蓄熱體）必須成對布置。  

經(jīng)過一定時間后，換向閥換向如此反復(fù)交替工作，使被加熱介質(zhì)加熱到較高溫度，進(jìn)入爐膛，實現(xiàn)對爐內(nèi)物料的加熱。

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保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備蓄熱式燃燒裝置的特點

初期采用蓄熱式燒嘴的主要目的是為了進(jìn)一步提高空氣的預(yù)熱溫度，更大程度地回收煙氣帶走的熱量，以節(jié)約能源。但由于高溫燃燒帶來了高的NOX排放，因此限制了它在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的推廣使用。  

近入90年代后，低NOX的蓄熱燒嘴開始進(jìn)一步研究，1992年開發(fā)成功，被稱為高溫空氣燃燒技術(shù)。這種技術(shù)的原理是降低燃燒空間中的氧濃度，創(chuàng)造貧氧條件，消除局部熾熱高溫區(qū)，用高速噴出的空氣射流卷吸周圍煙氣形成貧氧燃燒區(qū)，此時形成的火焰體積大大增加，亮度減弱，溫度均勻，梯度很小，這就有效地減少了NOX的產(chǎn)生。  

新開發(fā)的蓄熱式燒嘴采用分段燃料供應(yīng)法降低NOX。即一次燃料流量為5%，二次燃料為95%，并使助燃空氣以100m/s的速度噴出，高速空氣的射流卷吸周圍爐氣回流，使燃燒過程減緩，火焰燃燒區(qū)氧濃度低，形成的火焰體積大大增加，亮度減弱，溫度均勻，梯度很小，在爐溫1300時產(chǎn)生的NOX達(dá)到30ppm（以煙氣中含氧量11%計算）。

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保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備采用高溫空氣燃燒技術(shù)的低NOX蓄熱燒嘴特點

節(jié)約能源  

蓄熱燒嘴能大大提高節(jié)能效率。使用傳統(tǒng)燒嘴，多只能將空氣、煤氣預(yù)熱到500～600，排煙溫度350～400。蓄熱式燒嘴可將空煤氣預(yù)熱到1100～1000，同時排煙溫度可降至250～150大大提高了燃料使用效率。熱回收率達(dá)80%以上，可節(jié)約燃料近55%，比一般回收裝置高20%～30%。  

提高爐溫均勻性  

前面談到，低NOX蓄熱燒嘴的火焰和傳統(tǒng)燒嘴相比，溫度均勻，梯度很小，無明顯的高溫區(qū)，而且低NOX蓄熱燒嘴工作時，通常有切換過程，燒嘴交替地處于燃燒期和蓄熱期，火焰的位置不是固定不變，爐氣流動和擾動作用使?fàn)t溫分布更均勻，另外，由于空氣和煤氣預(yù)熱到1000以上，大大提高了氣體的高溫動力性能，使空氣擴(kuò)散，混合過程更加劇烈，使火焰外圍形成爐氣循環(huán)區(qū)，也促進(jìn)了爐溫的均勻性。爐溫均勻性提高，能大大提高爐內(nèi)被加熱物料的溫度均勻性。  

提高傳熱效率  

由于低NOX蓄熱燒嘴是通過分散式熱回收方式進(jìn)行的，每一個溫度控制段中大量煙氣排出是通過本段的低NOX蓄熱燒嘴進(jìn)行的。因此，各段能獨立進(jìn)行溫度控制，各段溫度可隨意設(shè)定，爐子溫度控制段可以設(shè)計放置離裝料端很近的區(qū)域，這樣實際上預(yù)熱段長度大大縮短，爐子高溫段大大延長。如果坯料溫度升溫速度不受限制，坯料一旦進(jìn)入爐子，在溫度1250左右溫度加熱，爐子對坯料的熱流大大增加，爐子傳熱效率就大大提高，爐內(nèi)傳熱效率提高有兩個結(jié)果：  

a、在爐子長度不變的情況下，能縮短料坯在爐加熱時間，提高爐子產(chǎn)量。  

b、在爐時間不變的情況下，隨著爐內(nèi)傳熱效率的提高，能縮短爐子長度，使?fàn)t子投資減少。  

降低NOX濃度  

當(dāng)空氣預(yù)熱到1000以上高溫時，如果不采取措施，讓燃料和空氣直接混合，那么NOX生成量將大大增加，超過環(huán)保對氮氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)。低NOX蓄熱燒嘴將采取下面方法降低NOX生成量，通常的燃燒過程是在氧濃度21%左右的情況下進(jìn)行，為了降低蓄熱燒嘴生成NOX濃度，一個有效的辦法是使蓄熱燒嘴的燃燒過程在氧濃度較低的情況下進(jìn)行。在組織蓄熱燒嘴的火焰時，將大量燃料噴向燒嘴根部的回流區(qū)，利用高溫高速引射時引起煙氣的擾動，稀釋空氣中氧濃度，使回流區(qū)中氧濃度一般在2～5%左右，這樣NOX濃度將大大降低。同時為了提高火焰的剛性，先通入部分燃料在高溫空氣內(nèi)部（富氧區(qū)）這就是通常人們所講的二步燃燒法。  

低NOX蓄熱燒嘴火焰在氧濃度為2～5%氣氛中燃燒時，火焰穩(wěn)定性仍然很好，這是由于隨著預(yù)熱空氣溫度的提高，火焰的特性穩(wěn)定火焰的氧濃度區(qū)間擴(kuò)大，實際上NOX生成量達(dá)到45ppm左右，這是傳統(tǒng)燒嘴難以達(dá)到的，在使用蓄熱燒嘴過程中，影響NOX生成因素有：  

a、預(yù)熱高溫空氣的射流速度  

高溫空氣的射流速越大，能引起回流到蓄熱燒嘴根部的煙氣量增大，回流區(qū)就是使燃料氧濃度降低，NOX生成量降低，當(dāng)速度超過100m/s時，NOX就降低到40ppm左右。  

b、一、二次燃料的比例  

低NOX蓄熱燒嘴為了降低NOX生成量，大部分燃料從高溫空氣外圍附近供入這部分燃料稱為二次燃料。還有部分燃料從高溫空氣內(nèi)部供入，這部分燃料稱為一次燃料，一次燃料比例越大NOX生成量越多。一次燃料/二次燃料≤0.25，NOX控制在80ppm以下。  

c、燃燒負(fù)荷  

對某一低NOX蓄熱燒嘴來說隨著燃燒負(fù)荷的提高，NOX生成量增大，煤氣量在1400～2000m3/h，NOX從50ppm升至60ppm左右變化。  

、由于控制的靈活性，可以實現(xiàn)彈性分區(qū)（特別是當(dāng)鋼坯熱裝時）及脈沖控制，由于蓄熱燒嘴是成對或成組布置和控制，可以根據(jù)爐子工藝要求設(shè)計控制方式，因此爐子的熱工控制具有非常大的靈活性，可以改變控制燒嘴的數(shù)量實現(xiàn)爐溫控制的彈性分區(qū)。還可以關(guān)閉一些燒嘴或按照程序要求對燒嘴進(jìn)行脈沖控制。

蓄熱式燃燒系統(tǒng)的組成

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保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備組成部分

l 換向閥及控制機(jī)構(gòu)

l 蓄熱室及蓄熱體

l 高溫氣體通道和噴口

l 空煤氣供給系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)

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換向閥及控制機(jī)構(gòu)

在蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)中，煙氣和空氣的切換裝置是必須的，因而換向閥是該系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。  

換向閥是通過閥體的運動使空氣（或煤氣）與煙氣在閥內(nèi)定時換向。一般地說，換向閥有四個進(jìn)出口，其中有兩個口分別通向一對交替使用的蓄熱室，另外兩個口分別連接排煙煙囪和供空氣（或煤氣）管道。在前一個換向周期內(nèi)，換向閥使通向其中一個蓄熱室的進(jìn)口與另外一個連接到排煙煙囪的出口相連，使廢氣排出；在后一個換向周期內(nèi)，換向閥使連接供空氣（或煤氣）管道的進(jìn)口與另外一個連接到一個蓄熱室的出口相連，使空氣（或煤氣）進(jìn)入蓄熱室去完成預(yù)熱。閥內(nèi)采取特殊的密封結(jié)構(gòu)來保證密封性能和靈活的換向動作。  

換向閥的換向時間與爐內(nèi)煙氣溫度及蓄熱體的透熱厚度有關(guān)，對于透熱厚度一定的蓄熱體，換向時間越長，離開蓄熱室的煙氣溫度越高，空氣（或煤氣）的預(yù)熱溫度也會越低，熱回收率也越低；若換向時間過短，則會降低換向閥的壽命，因此應(yīng)通過實驗來確定佳的換向時間是至關(guān)重要的。對于小球體的蓄熱室，其換向周期一般取2.0--3.0分鐘；蜂窩體的蓄熱室，其換向周期為30--45秒鐘或更短。  

若采用直通閥，系統(tǒng)中有一對蓄熱式高溫燃燒裝置就需要4套切換閥，而采用換向閥，系統(tǒng)中一對蓄熱式高溫燃燒裝置就只需要一套切換閥，成本就能夠大大降低。  

當(dāng)換向閥的切換時間為30秒，其每年的動作次數(shù)為100萬次；即使是換向閥的切換時間為3分鐘，而每年的動作次數(shù)也達(dá)到17萬次；因換向閥換向頻繁，因而換向閥機(jī)械方面的可靠性、耐久性和密封性就相當(dāng)重要。對于蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)來說，選擇一個穩(wěn)定可靠的換向閥是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。  

換向控制一般以定時換向為主，但當(dāng)廢氣超溫時系統(tǒng)必須同時具有能夠強制換向的功能。  

系統(tǒng)換向時應(yīng)先切斷空（煤）氣，然后換向閥換向，待換向閥換向動作結(jié)束后，再打開空（煤）氣，此時一個換向過程才算結(jié)束。整個換向動作過程應(yīng)該能夠在TFT上監(jiān)視。當(dāng)某一動作發(fā)生異常時，系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動報警并提示故障點及處理方法。對于蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)來說，換向控制和系統(tǒng)保護(hù)的可靠性也是相當(dāng)重要的。  

換向閥應(yīng)集中配置，即每個供熱區(qū)段只配一個空氣換向閥和一個煤氣換向閥，這樣可以簡化管路系統(tǒng)和減少換向裝置的數(shù)量，燃燒自動控制系統(tǒng)也得以簡化。  

換向閥的換向時間采用時間和溫度主從控制，即以定時控制為主，但同時當(dāng)出蓄熱室的煙氣溫度超過設(shè)定置時，控制系統(tǒng)會自動報警并根據(jù)溫度信號控制換向閥強制進(jìn)行換向。控制系統(tǒng)中設(shè)有換向自動保護(hù)裝置。換向閥的形式多種多樣，一般均為各供貨廠家自行開發(fā)的專利產(chǎn)品。我們在吸收各家之長的基礎(chǔ)上，成功的開發(fā)研制出獨具特色的換向閥。

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蓄熱式及蓄熱體

目前在國際上所使用的蓄熱體主要有小球體、蜂窩體和片狀體。我國普遍使用的是小球體和蜂窩體。  

蓄熱室是放置蓄熱體的設(shè)備，也是熱交換的區(qū)域。它可以放置在爐墻內(nèi)，稱為內(nèi)置式；也可以在爐墻外單獨設(shè)置，稱之為外置式。內(nèi)置式以加厚的爐墻為四壁，外置式的外殼是由型鋼及鋼板焊接而成或由混凝土澆筑而成，四壁砌筑耐火材料。蓄熱室中間堆放蓄熱體，要求蓄熱室密封性能要好，焊接處要求氣密性焊接，耐火材料砌筑泥漿要飽滿，不允許有串火或氣體泄露。我國目前通常采用的是陶瓷小球體式蓄熱體，其理由是盡管在壓力損失方面與蜂窩體式蓄熱體相比有些不利，但考慮到單位體積的蓄熱量、蓄熱體的耐用強度、堵塞時的清掃、以及便于更換已破碎和損壞的蓄熱體等方面陶瓷小球體式蓄熱體具有一定的優(yōu)越性，選擇陶瓷小球體式蓄熱體還是有利的。

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保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備高溫氣體通道和噴口

高溫氣體通道可以同爐墻有機(jī)地配合砌筑在一起，也可以在爐墻外單獨設(shè)置。噴口設(shè)置在爐墻內(nèi)，噴口既是傳統(tǒng)意義上的燒嘴，同時也是加熱爐的排煙口。

空煤氣的高溫氣體通道之間砌體要求砌筑嚴(yán)密，不能夠串氣，以避免發(fā)生爆炸。因此，對爐墻砌體材料的要求相對其它加熱爐要高。

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空、煤氣供給系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)

蓄熱式燃燒技術(shù)的空、煤氣供給系統(tǒng)與傳統(tǒng)加熱爐的空、煤氣供熱系統(tǒng)一樣，也需進(jìn)行分段供給控制。從空、煤氣總管分出的各段支管連接各自的換向閥，換向閥后分兩路連接到爐子兩側(cè)的一對蓄熱室。在換向閥前的空、煤氣支管上設(shè)有流量檢測和調(diào)節(jié)裝置，并設(shè)有安全保護(hù)裝置。空煤氣供給壓力應(yīng)考慮到換向閥和蓄熱室在內(nèi)的整個系統(tǒng)的阻力損失。  

煙氣從蓄熱室出來，溫度已降至200以下，借助排煙機(jī)抽力，流經(jīng)換向閥、排煙管送至煙囪排入大氣，在排煙管上設(shè)有煙溫檢測和爐膛壓力控制裝置。由于煙氣溫度在200以下，因而普通的標(biāo)準(zhǔn)排煙機(jī)就能夠滿足使用要求。排煙機(jī)的能力根據(jù)排煙量和煙氣管路的系統(tǒng)阻力確定，所以正確確定煙氣流經(jīng)蓄熱室和換向閥時的阻力損失也是十分重要的。

燃燒過程中的爐壓控制及安全措施

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爐壓控制

蓄熱式燃燒系統(tǒng)在周期性地切換燃燒/排煙過程中，爐壓也會出現(xiàn)周期性的變化，但爐壓的變化會明顯滯后于燃燒系統(tǒng)的切換。  

周期性換向時對控制系統(tǒng)的干擾是蓄熱式加熱爐有別于常規(guī)加熱爐之處。但由于此干擾是可以預(yù)見的干擾，控制系統(tǒng)在進(jìn)入自動控制模式時，可采用系統(tǒng)“休克”的方法過濾換向時的干擾。  

為穩(wěn)定燃燒及防止吸冷風(fēng)，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)定爐內(nèi)壓力在0-50Pa微正壓狀態(tài)，計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能夠通過控制排煙機(jī)前的調(diào)節(jié)蝶閥開度自動跟蹤設(shè)定值，保證爐壓始終處于設(shè)定范圍內(nèi)。

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保定廢氣燃燒設(shè)備 有機(jī)廢氣處理設(shè)備安全控制

2.1.空氣和煤氣在整個蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)中必須完全隔離，避免相遇，才能從根本上保證系統(tǒng)的安全。  

對于空煤氣雙預(yù)熱的蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)，由于煤氣蓄熱室在換向中殘留有少量的死煤氣，空氣蓄熱室在換向中殘留有少量的死空氣。因此，從空氣蓄熱室和從煤氣蓄熱室出來的煙氣也要通過不同的排煙機(jī)、排入不同的煙囪，以避免空煤氣相遇而發(fā)生爆炸。  

曾經(jīng)發(fā)生過由于在空煤氣雙預(yù)熱的蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)中，空煤氣采用了同一個組合換向閥、采用了同一臺排煙機(jī)而發(fā)生爆炸的事故。  

2.2.在煤氣換向閥前增設(shè)煤氣快速切斷閥，換向時先切斷煤氣，然后換向，完成換向動作后再打開切斷閥，以此來保證爐內(nèi)煤氣的完全燃燒，使進(jìn)入煙氣中的煤氣量盡可能少，提高煙氣系統(tǒng)的安全性。  

2.3.高爐煤氣中CO的含量高達(dá)25%～30%，防止煤氣泄漏造成操作人員的煤氣中毒是一項重要的安全措施。我們的實踐是一方面在煤氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上盡可能保證嚴(yán)密、不漏氣，另一方面在操作區(qū)設(shè)置固定式CO檢測儀、并設(shè)置操作人員隨身攜帶便攜式CO檢測儀，進(jìn)行安全報警來保證人員安全。  

2.4.此外，空煤氣低壓自動切斷、空煤氣管路上設(shè)置泄爆閥這些常規(guī)的安全措施在蓄熱式高溫燃燒系統(tǒng)中也是必要的。