蓄热式燃烧技术与低热值煤气利用
安徽冶金科技职业学院
毕业论文
蓄热式燃烧技术和低热值煤气利用
姓名林鎏斌
专业材料成型和控制技术
班级 08 届
指导老师龚义书
蓄热式燃烧技术和低热值煤气利用
作者：林鎏斌
摘要：本文主要说明蓄热式燃烧技术，低热值煤气的利用，蓄热式燃烧技术的有益补充
的实际操作使用。
关键词：燃烧技术低热值回收技术
引言：蓄热式燃烧技术使用和加热炉产生多重效果，着重阐述高温空气提高理论燃烧温度，
为高炉煤气等低热值燃料在高温炉的使用开辟了途径。中国开创了轧钢加热炉使用高炉煤气单一燃料的先例，10年来全面推广，取得重大经济和环保效益。神雾公司近10年来，在蓄热式高温空气燃烧技术的工程使用方面取得了一些成功的经验，主要是在工业加热炉，锅炉，辐射管加热炉等方面，共使用和近200项工程项目中。
一蓄热式燃烧技术
蓄热式燃烧技术，确切地应称为蓄热式换热燃烧技术。
这是一项古老的换热方式，十九世纪中期就在平炉和高炉上采用延续至今。轧钢
系统的初轧钢锭加热炉以蓄热式均热炉最为节能，并且采用的就是低热值的高炉煤气
为燃料。终因其蓄热室占用车间面积大，换向时间长，操作复杂，逐渐被中心换热均
热炉和上部单侧烧嘴均热炉所取代。
此后，蓄热式换热技术远离了轧钢系统的加热炉。蓄热式换热技术，属不稳态传
热，利用耐火材料作载体，交替地被废气热量加热。再将蓄热体蓄存的热量加热空气
或煤气，使空气和煤气获得高温预热，达到废热回收的效能。由于蓄热体是周期性地
加热、放热，为了保证炉膛加热的连续性，蓄热体必须成对设置。
同时，要有换向装置完成蓄热体交替加热、放热。到了二十世纪八十年代，解决了蓄热体的小型化和换向时间缩短到以分秒计，才使这项古老的换热技术得以在轧钢系统的连续式加热炉（含步进式加热炉）上重现废热回收的优势，即将空、煤气双预热到1000℃左右，排出废气温度在150℃以下，使废热回收率达到极限值。并且，出现研究高温空气燃烧理论和实践的新领域。
近些年首先由鞍山研究院从国外引进，并向全国推广。
蓄热式加热炉
蓄热式炉过去由于它庞大的格子砖结构，传热效率低，还乡周期长，温度波动较大，所以日趋式微。但是在20世纪90年代，世界上迅速发展起来的蓄热式高风温燃烧技术，由于具有许多优点，因而使蓄热式炉重新得到重视和发展。
蓄热式加热炉的结构和特点
蓄热燃烧系统主要组成部分有烧嘴，蓄热体，换向阀和控制系统等。
1 蓄热式燃烧
采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或气体燃料和烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下，可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上，形成和传统火焰不同的新型火焰类型，并通过换向燃烧使炉内温度分布更趋均匀。
2 蓄热式烧嘴
蓄热式烧嘴带有蓄热室余热回收装置的烧嘴，配对使用，通过换向实现周期性燃烧。一座炉子可采用多对蓄热式烧嘴供热。
3 内置蓄热室
内置蓄热室是安装在炉子底部的蓄。
4 外置蓄热箱
外置蓄热箱是把蓄热室和高温通道置于炉体外，通过和炉内喷口的直接连接形成外置蓄热装置。
5 自身蓄热烧嘴
热装置，在炉墙内浇注有通道和喷口，和余热回收装置结合成一体。
自身蓄热烧嘴将一对蓄热室余热回收装置安装在一个烧嘴上，烧嘴将供热和排烟在一个烧嘴内同时完成,在烧嘴周围形成烟气循环。
6 蓄热式辐射管
蓄热式辐射管是一种采用蓄热式燃烧技术的辐射管加热装置，将两个蓄热式烧嘴安装在辐射管的两端，通过换向燃烧，以提高介质预热温度，降低烟气排放温度。燃烧在辐射管内进行，对物料进行保护性加热。
7 蓄热体
一般由耐火材料制成，周期储存和释放热量，实现冷热介质热量的传递。
8 换向阀
换向阀是切换蓄热室供气、排烟，改变助燃介质或燃气流向的阀门。
9 换向时间
换向阀两次动作时间间隔。
10 换向周期 reversal cycle
两个换向时间为一个换向周期。
蓄热式燃烧技术的主要特点是：（1）采用陶瓷小球或蜂窝体构成的蓄热室，结构简单紧凑，比表面积较之老式格子砖大数十倍，提高了传热系数；（2）由于热效率可以达到85%，能将空气预热到1000℃左右，而排烟温度可降至150℃以下，余热回收率达到70℃；（3）使低热值煤气的使用范围大大扩展；（4）降低空气消耗量，低CO2,NOx排放，CO2排放减少10%~70%；NOx排放减少40%以上，有利于减少污染改善环境；（5）提高了炉温，在相同的炉子尺寸条件下，其产量可提高20%以上；(6)空气或煤气经过预热后，直接进入炉膛燃烧，不再需要管道保温包扎和高温阀等。
新型蓄热室可以用于推钢式加热炉，也可以用于步进式加热炉。可以单独预热空气也可以同时预热空气和煤气。
蓄热式加热炉主要有三种类型，即烧嘴加热炉，内置蓄热室加热炉，外置蓄热室加热炉。
蓄热式烧嘴加热炉
这种炉型多用于清洁煤气（低含尘量，低焦油），煤气不需预热，值预热空气，同时也没有脱离传统的烧嘴形式。
蓄热式烧嘴是蓄热系统的关键设备之一，一般材质都是陶瓷的。
烧嘴布置在炉子两侧，两侧的烧嘴交替进行烧蓝和排烟。烧嘴几乎沿整个炉长均匀布置，这样能充分发挥整个炉子的加热作用。炉长方向的炉温不再是明显的三段式炉温制度，但扔可分为几个加热区，可灵活调整各段的温度。为了开炉的需要，在炉内适当位置布置一定数
量的常规烧嘴。
内置式蓄热室加热炉
内置蓄热室是将空气，煤气蓄热室布置的炉底，将空气，煤气通道布置在炉墙内，既有效地利用了空间，又减少了炉体散热面。在这种连续加热炉中，煤气和空气在炉内采取分层扩散燃烧的混合燃烧方式，在钢坯表面形成的气氛氧化性较弱，从而抑制了钢坯表面氧化，降低了钢烧损率。推钢式加热炉可采取这种形式，步进式炉因炉底设备只能将蓄热室放在炉墙外侧。
外置式蓄热室加热炉
外置式蓄热加热炉是将蓄热室全部放置在炉墙外侧。蓄热室布置的炉子两侧，一般每侧分别设4~6个空气蓄热室和煤气蓄热室。
二低热值煤气的利用
1 技术原理
近年来燃气轮机循环热效率得到进一步提高，燃气轮机循环吸热平均温度高，纯蒸汽动力循环放热平均温度低，把这两种循环联合起来组成煤气-蒸汽联合循环显然可以提高循环热效率。高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术是充分利用钢铁联合企业高炉等副产煤气，最大可能地提高能源利用效率，发挥煤气-蒸汽联合循环优势的先进技术。
2 工艺流程
高炉等副产煤气从钢铁能源管网送来后经除尘器净化，再经加压后和空气过滤器净化及加压后的空气混合进入燃气轮机燃烧室内混合燃烧，产生的高温、高压燃气进入燃气透平机组膨胀作功，燃气轮机通过减速齿轮传递到汽轮发电机组发电;燃气轮机作功后的高温烟气进入余热锅炉，产生蒸汽后进入蒸汽轮机作功，带动发电机组发电，形成煤气-蒸汽联合循环发电系统。
3主要设备
此技术主要设备有：高炉煤气供给系统、燃气轮机系统、余热锅炉系统、蒸汽轮机系统和发电机组系统组成。主要设备有空气压缩机、高炉煤气压缩机、空气预热器、煤气预热器、燃气轮机、余热锅炉、发电机和励磁机等，一般分为单轴和多轴布置形式。
4 主要技术经济指标
高炉煤气综合利用一直是钢铁企业能源利用的难点，过去作为锅炉的燃料产生蒸汽来驱动汽轮机发电，其热效率只能达25%左右，或者直接焚烧排放到大气中，造成对大气的污染。高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术先进，在不外供热时热电转换效率可达40%～45%，已接近以天然气和柴油为燃料的类似燃气轮机联合循环发电水平；比常规锅炉蒸汽转换效率高出近一倍。相同的煤气量，CCPP又比常规锅炉蒸汽多发70%～90%电。且此发电技术CO2排放比常规火力电厂减少45%～50%，没有SO2、飞灰及灰渣排放， NOx排放又低，回收了钢铁生产中的二次能源，且为同容量常规燃煤电厂用水量的1/3左右。
5 技术使用情况
低热值煤气燃烧不易稳定，低热值煤气体积庞大，煤气压缩功增加，这些都是此技术的难度。目前世界天然气为燃料的大型CCPP的热电转换效率高达50-58%，而低热值煤气为燃料的CCPP只有45%-52%左右。低热值煤气燃烧技术只被少数公司掌握，一种是ABB、新比隆公司及日本川崎成套ABB的单管燃烧室燃气轮机技术，另一种是ＧＥ公司和三菱公司的分管燃烧室的燃机，国内目前已采用此引进或合资联合制造技术设备的有宝山钢铁公司、通化钢铁公司和济南钢铁公司，目前还有不少大型联合企业在进行技术交流和方案比较。
6 技术推广的建议
采用高炉煤气等低热值煤气燃汽轮机CCPP技术前提条件是钢铁企业必须具有完善的煤气平衡计划，避免因煤气流量不足而使机组负荷不足，而影响效能发挥。
由于高炉煤气热值低，需要大流量高效率的煤气压缩机，同时高炉煤气中含尘量大，在进入煤气压缩机之前需要进行除尘。和常规燃气轮机相比，燃料系统增加了压缩机、除尘器，因而其调节系统比较复杂，调节的参数多，调节的精度要求高。如热值、压力、Ｈ2含量、Ｏ2含量、清洁度等，不允许有很大波动。煤气燃烧后产生烟气也要进行后处理，减少对后部烟道和余热锅炉等发电设备的影响。含量、Ｏ含量、清洁度等，不允许有很大波动。煤气燃烧后产生烟气也要进行后处理，减少对后部烟道和余热锅炉等发电设备的影响。
如果高炉煤气不足而大量使用焦炉煤气补充，经济上是不合算的，没有低成本的副产煤气燃料和较好的上网电价政策支持，企业经济效益会受严重影响。
三蓄热式燃烧技术的有益补充---废气中回收煤气新技术
蓄热式燃烧技术将低热值的高（转）炉煤气通过空煤气双预热后直接用于钢铁企业轧钢加热炉的生产，工业窑炉的热效率得到大幅度的提高，它可以近乎极限地回收废气中的余热（排烟温度180℃以下），将低热值煤气和助燃空气均预热至900~1000℃，使燃烧温度增至1300℃左右，不仅大幅度地降低了燃料消耗，提高了钢坯的加热质量，减少了氧化烧损，还极大地减少了NOx产物及CO2的排放量，在节能减排和降低大气的温室效应方面起到了积极有效的作用。
在双蓄热高温燃烧技术使用中，随着煤气换向阀的切断和开启，烧嘴（或蓄热室）从燃烧状态转变为蓄热状态的瞬间，因惯性作用，烧嘴和煤气换向阀之间的管道和烧嘴蓄热体内依然存有相当数量的煤气（可占到煤气总量的1~4%），伴随着排烟机排放到大气中，使煤气没有被充分利用造成浪费，对大气排放也没有降到最低值，且该部分煤气在烧嘴（或蓄热室）内二次燃烧是造成蓄热体使用寿命降低的直接原因，并造成烟气中CO含量超标，对大气造成严重污染，严重时可威胁到人身安全发生中毒事故。
该废气中回收煤气利用新技术，改造简单，使用维护方便，增加一台排烟机及部分吹扫管道，修改换向时序，可实现该部分煤气在加热炉内的燃烧，延长蓄热体的使用寿命，减少对环境的污染。
结束语：蓄热式高温空气燃烧技术及低热值煤气的利用是21世纪工业炉燃烧系统的革
命，他大幅度提高了炉子的热效率，大大降低了冶金企业的能耗，有利于环境保护，是一项节能环保的新技术。但扔需要进一步获取有关NOx排放的经验数据和实验结果。
参考文献
1蔡乔方加热炉北京：冶金工业出版社 2008
2 王秉铨工业炉设计手册北京：机械工业出版社 1996