CN104791777A - 一种利用烟气自循环降低nox的燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，它利用排出炉外的烟气再循环回系统的方式来实现低NOx燃烧，即抽取蓄热系统排出的一部分烟气，来稀释助燃空气和(或)煤气，将空气和(或)煤气的浓度降低，在气体进入燃烧器前实现高温贫氧燃烧的条件。本发明通过烟气自循环和掺混比例的定量控制，实现了燃气热值可控，空气含氧量可控，炉内燃烧气氛可控，提高了蓄热燃烧系统的稳定性和蓄热系统更宽炉膛尺寸的适用性。本发明在煤气侧烟气自循环系统中，通过换向延迟逻辑控制，实现烟气自循环系统与蓄热换向系统的配合，换向盲区公用管段的残存煤气直接吹扫入炉内燃烧，提高了燃料利用效率，同时降低有害气体排放，延长烧嘴及蓄热体寿命。
Description
技术领域：本发明涉及一种降低NOx的燃烧方法，尤其是一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，适用于冶金、机械、化工、建材、环保等行业燃烧技术领域。
背景技术：目前，降低燃烧产物NOx含量的方法主要有：在燃料中或燃烧过程中加入抑制NOx生成的添加剂、改变燃烧器(或炉膛)的结构优化燃烧组织、对排出的烟气进行脱硝处理等等。
在轧钢加热炉(热处理炉)领域，广泛应用的燃烧技术是蓄热式燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术、“再生循环燃烧”技术，是20世纪90年代开始推广的一项新型的燃烧技术。它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高达1000℃的优点。然而，实际生产中由于生产条件复杂多变，燃烧气氛与理想状态有较大差距，蓄热式加热炉的NOx排放可达1000PPM。【GB28665-2012《轧钢工业大气污染物排放标准》规定：“热处理炉(含加热炉)氮氧化物排放标准限值为300mg/m3。”】很多加热炉NOx排放超出国家排放标准的要求。
燃烧设备在较宽幅的供热负荷范围内实现平稳的燃烧组织和保持较低的NOx生成量十分困难，再加上煤气热值偏高或热值波动幅度较大的情况，消除蓄热燃烧高温区域和抑制NOx生成变得更加困难。
为了使蓄热燃烧中产生的NOx维持在较低的水平，人们在实践中采取了很多改进燃烧器和炉膛结构的方法，来改善炉膛内部的燃烧组织。但任何一种固定的烧嘴形式和炉膛内部结构的改变，都难以应对多变的生 产工况和不稳定的煤气热值。
为了降低燃烧过程NOx的产生，提高炉子的适应能力和节能效果，本发明从另一个角度来寻求降低NOx生成的方法。
发明内容：针对上述现有技术的缺点，本发明提供了一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，目的在于增强蓄热燃烧系统复杂条件下的适应性和燃烧组织的稳定性，降低蓄热燃烧产生的NOx，同时消除蓄热系统换向盲区一次燃料的浪费，进一步提高系统节能效果和减少有害气体排放。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，是在双蓄热燃烧系统中增加空气侧和煤气侧烟气循环利用系统，或者在单蓄热燃烧系统中，单独增加空气侧烟气循环利用系统。风机抽取炉膛烟气，通过烟气循环管道，再回吹到对侧的蓄热烧嘴内稀释煤气和/或空气。
所述的空气侧烟气循环利用系统，通过控制对空气管道(或烧嘴)中烟气的掺入量，实现对空气的定量稀释。在空气进入燃烧器(或炉膛)燃烧之前形成贫氧气氛，抑制炉内高温区的形成，从而降低烟气中的NOx含量。
所述的煤气侧烟气循环利用系统，通过控制对煤气管道(或烧嘴)中烟气的掺入量，实现对煤气的定量稀释。以实现煤气热值范围和流量范围可控，提高炉内燃烧气氛的均匀性，抑制炉内高温区的形成，从而降低烟气中的NOx含量。
双蓄热系统换向期间，当煤气阀板关断时，利用煤气侧烟气循环系统向换向阀与煤气燃烧器中间管道鼓入烟气，将管道内残留煤气全部吹 入炉内。完成以上操作后，煤气侧烟气循环系统再进行切换。在这一过程中可以提高燃料利用率，同时降低蓄热系统有害气体的排放延长燃烧设备和蓄热体的使用寿命。
优选的，烟气循环管道上配有风机和/或计量装置。
优选的，抽取炉膛烟气的温度＞60℃。
优选的，所述的风机选用罗茨风机对风量进行定量控制。
优选的，所述的计量装置为烟气流量检测装置。
优选的，其中煤气稀释后的热值控制范围为100～3000kcal/Nm3。
优选的，其中空气稀释后的含氧量控制范围2～20％。
优选的，在烟气循环管道内安装有烟气成分分析装置。
优选的，本发明包含以下换向控制逻辑：
煤气侧烟气自循环系统控制逻辑：
设定煤气热值范围，根据煤气的实际热值计算需要混入的烟气比例，根据实际的煤气量设定需掺混的烟气比例。
如煤气热值处于正常范围，则煤气侧烟气自循环系统不进行稀释，风机和切断阀处于自动关闭状态。
a侧煤气蓄热烧嘴排烟时，烟气自循环系统从排烟管道抽取烟气，通过烟气循环管道风机及定量装置，再回吹到b侧的蓄热烧嘴内稀释燃烧用煤气，使煤气热值在正常热值范围。
当a侧蓄热室蓄热完毕开始换向时，b侧换向阀煤气阀板关闭，a侧换向阀排烟暂停关闭，即蓄热系统换向暂停，煤气侧的烟气自循环系统进入换向前吹扫状态，烟气自循环系统以最大的风量吹扫b侧换向阀与煤气烧嘴中间管道内的煤气，吹扫约3秒(时间可设定)。
吹扫结束继续执行蓄热系统换向，a侧换向阀排烟关闭，随后a侧换向阀煤气阀板开启，b侧换向阀排烟开启，随后烟气自循环系统切换方向，将自循环系统向a侧的阀门开启，同时关闭b侧阀，如此往复循环。
空气侧烟气自循环系统控制逻辑：
设定空气含氧量范围，计算需要混入的烟气比例，根据实际的空气量设定需掺混的烟气比例。
a侧空气蓄热烧嘴排烟时，烟气自循环系统从排烟管道抽取烟气，通过烟气循环管道风机及定量装置，再回吹到b侧的蓄热烧嘴内稀释空气，使空气含氧量在设定范围。
空气侧蓄热换向系统待煤气侧吹扫完毕后开始。
开始换向时，b侧换向阀空气阀板关闭，a侧换向阀排烟关闭，随后a侧换向阀空气侧开启，b侧换向阀排烟开启，随后烟气自循环系统切换方向，将自循环系统向a侧的阀门开启，同时关闭b侧阀，如此往复循环。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，，增强蓄热燃烧系统的适应性和稳定性的方法包括提取低温蓄热排烟烟气至燃气管道，以达到稳定燃烧和(或)降低燃料热值的目的。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，，提高蓄热燃烧系统节能环保效果的方法包括提取低温蓄热排烟烟气至换向阀与燃烧器间的燃气管道，以达到清除残存燃气的目的。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，增强蓄热燃烧系统的适应性和稳定性的方法包括提取低温蓄热排烟烟气至空气管道，以达到稳 定燃烧和(或)降低空气含氧量的目的。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，增强蓄热燃烧系统的适应性和稳定性的方法包括提取低温蓄热排烟烟气至空气烧嘴，以达到稳定燃烧和(或)降低空气含氧量的目的。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，包括在工况变化的情况下，降低空气含氧量和(或)降低燃料热值，以达到气氛均匀的燃烧状态。
一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，包括从炉膛提取烟气或从炉门口(烟道口)混合气体的方法。
本发明的优点：
1、当燃气超出理想热值上限时，向燃气内定量注入烟气，降低燃气热值至烧嘴最佳燃烧范围，消除局部高温区，进而降低炉子烟气中NOx含量。
2、通过定量稀释助燃空气，降低空气中含氧浓度，延长燃烧反应时间，消除烧嘴出口附近高温区，进而降低炉子烟气中的NOx含量。
3、通过稀释助燃空气(或部分稀释空气)，降低空气中含氧浓度，延长燃烧反应时间，还可以延长火焰长度，使更宽的炉膛也能实现很好的温度均匀性，同时降低炉子烟气中的NOx含量。
4、循环烟气定量控制，可准确控制煤气或空气与烟气的掺混比例，实现燃烧的准确控制，提高燃烧效率。
5、降低烟气中残余燃料CO等的含量，提高燃料利用效率，降低有害气体排放。
6、降低蓄热体内二次燃烧现象，延长燃烧器及蓄热体寿命。
7、炉内贫氧气氛有利于降低物料的氧化烧损。
附图说明：
图1是本发明的A状态空气系统示意图(左侧进空气、右侧排烟气)。
图2是本发明的B状态空气系统示意图(右侧进空气、左侧排烟气)。
图3是本发明的A1状态煤气系统示意图(左侧进煤气、右侧排烟气)。
图4是本发明的A2状态煤气系统示意图(左侧进行煤气替换、右侧排烟气)。
图5是本发明的A3状态煤气系统示意图(左侧进行煤气稀释、右侧排烟气)。
图6是本发明的B1状态煤气系统示意图(右侧进煤气、左侧排烟气)。
图7是本发明的B2状态煤气系统示意图(右侧进行煤气替换、左侧排烟气)。
图8是本发明的B3状态煤气系统示意图(左侧进行煤气稀释、右侧排烟气)。
在上图中，1为炉膛，2为蓄热烧嘴A，3为蓄热烧嘴B，4为快切阀A，5为快切阀B，6为换向阀A，7为换向阀B，8为计量装置，9为风机，10为阀门，11为空气，12为烟气，13为煤气。
具体实施方式
以下实例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。普通的专业技术人员在不违背本发明的精神和范围的前提下，根据实际条件对本专利做出改进或演变的实例也视为本专利的保护范围。
如图1～图8所示，本发明是在蓄热燃烧系统上(细线部分表示) 增加空气侧和(或)煤气侧烟气循环利用系统(粗线部分表示)。快切阀设置在蓄热烧嘴和换向阀之间，阀门设置在换向阀和烟气排出口之间，阀门还依次连接风机、计量装置和快切阀。
对于轧钢加热炉某一个控制段，把左侧燃烧、右侧排烟称为A状态，把右侧燃烧、左侧排烟称为B状态。在煤气系统中，由于新增了煤气侧的烟气循环系统，增加了一个煤气替换状态，因此A、B状态又分为A1、A2、B1、B2状态。
图1和图2为空气系统示意图A、B状态，新增的空气侧的烟气循环系统将空气侧烟气管道中的部分烟气抽取加压，引入换向阀后的空气管道中，来稀释助燃空气。
图3和图6为煤气系统示意图A1、B1状态，即常规的煤气燃烧的两个状态；新增的煤气侧的烟气循环系统暂未工作，两个烟气快切阀处于关闭状态。
图5和图8为煤气系统示意图A3、B3状态，即稀释煤气燃烧的两个状态；新增的煤气侧的烟气循环系统工作，煤气侧稀释烟气阀处于开启状态，烟气侧稀释烟气阀处于关闭状态。
图4为煤气系统示意图A2状态，这是A1(或A3)状态即将切换到B1(或B3)状态前的状态，此A2状态大概持续3s。此时换向阀的煤气通道关闭，新增的煤气侧的烟气循环系统开启，将煤气侧烟气管道中的部分烟气抽取加压，引入换向阀后的煤气管道中，将此部分管道内原有煤气吹入炉膛内，替换成烟气。
图7为煤气系统示意图B2状态，这是B1(或B3)状态即将切换到A1(或A3)状态前的状态，此B2状态大概持续3s。
Claims (10)
1.一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：是在双蓄热燃烧系统中增加空气侧和煤气侧烟气循环利用系统，或者在单蓄热燃烧系统中，单独增加空气侧烟气循环利用系统，风机抽取炉膛烟气，通过烟气循环管道，再回吹到对侧的蓄热烧嘴内稀释煤气和/或空气。
2.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：所述的空气侧烟气循环利用系统，通过控制对空气管道或蓄热烧嘴中烟气的掺入量，实现对空气的定量稀释，在空气进入燃烧器或炉膛燃烧之前形成贫氧气氛，抑制炉内高温区的形成，从而降低烟气中的NOx含量。
3.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：所述的煤气侧烟气循环利用系统，通过控制对煤气管道(或烧嘴)中烟气的掺入量，实现对煤气的定量稀释。以实现煤气热值范围和流量范围可控，提高炉内燃烧气氛的均匀性，抑制炉内高温区的形成，从而降低烟气中的NOx含量。
4.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：所述的烟气循环管道上配有风机和/或计量装置,所述的计量装置为烟气流量检测装置,抽取炉膛烟气的温度＞60℃。
5.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：所述的风机选用罗茨风机对风量进行定量控制。
6.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：其中煤气稀释后的热值控制范围为100～3000kcal/Nm3。
7.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：其中空气稀释后的含氧量控制范围2～20％。
8.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在于：在烟气循环管道内安装有烟气成分分析装置。
9.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在，煤气侧烟气自循环系统控制逻辑为：
设定煤气热值范围，根据煤气的实际热值计算需要混入的烟气比例，根据实际的煤气量设定需掺混的烟气比例；
如煤气热值处于正常范围，则煤气侧烟气自循环系统不进行稀释，风机和切断阀处于自动关闭状态；
a侧煤气蓄热烧嘴排烟时，烟气自循环系统从排烟管道抽取烟气，通过烟气循环管道风机及定量装置，再回吹到b侧的蓄热烧嘴内稀释燃烧用煤气，使煤气热值在正常热值范围；
当a侧蓄热室蓄热完毕开始换向时，b侧换向阀煤气阀板关闭，a侧换向阀排烟暂停关闭，即蓄热系统换向暂停，煤气侧的烟气自循环系统进入换向前吹扫状态，烟气自循环系统以最大的风量吹扫b侧换向阀与煤气烧嘴中间管道内的煤气，吹扫3秒；
吹扫结束继续执行蓄热系统换向，a侧换向阀排烟关闭，随后a侧换向阀煤气阀板开启，b侧换向阀排烟开启，随后烟气自循环系统切换方向，将自循环系统向a侧的阀门开启，同时关闭b侧阀，如此往复循环。
10.如权利要求1所述的一种利用烟气自循环降低NOx的燃烧方法，其特征在，空气侧烟气自循环系统控制逻辑为：
设定空气含氧量范围，计算需要混入的烟气比例，根据实际的空气量设定需掺混的烟气比例；
a侧空气蓄热烧嘴排烟时，烟气自循环系统从排烟管道抽取烟气，通过烟气循环管道风机及定量装置，再回吹到b侧的蓄热烧嘴内稀释空气，使空气含氧量在设定范围；
空气侧蓄热换向系统待煤气侧吹扫完毕后开始；
开始换向时，b侧换向阀空气阀板关闭，a侧换向阀排烟关闭，随后a侧换向阀空气侧开启，b侧换向阀排烟开启，随后烟气自循环系统切换方向，将自循环系统向a侧的阀门开启，同时关闭b侧阀，如此往复循环。
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