脉冲调焰烧嘴不同功率下NOx排放研究 Study on NOx Emission from Pulse Flame-Adjusting Burner at Different Power

doi:10.12677/MEng.2019.64027

Metallurgical Engineering
Vol. 06 No. 04 ( 2019 ), Article ID: 33129 , 8 pages
10.12677/MEng.2019.64027

Study on NO_x Emission from Pulse Flame-Adjusting Burner at Different Power

Quan Shen, Meiling Deng, Guojie Li

●How to Cite this Article

Baosteel Engineering Technology Group Co., Ltd., Shanghai

Received: Nov. 5^th, 2019; accepted: Nov. 18^th, 2019; published: Nov. 25^th, 2019

ABSTRACT

In this paper, the NO_x emission of pulse flame-regulated burner under different power is studied, and the variation rule of NO_x emission under different power is found. It provides a theoretical basis for reducing the emission of NO_x.

Keywords:Pulse Flame-Regulated Burner, No_x Emissions, Long Flame, Short Flame

脉冲调焰烧嘴不同功率下NO_x排放研究

沈权，邓美玲，李国杰

宝钢工程技术集团有限公司，上海

收稿日期：2019年11月5日；录用日期：2019年11月18日；发布日期：2019年11月25日

摘要

本文针对脉冲调焰烧嘴在不同功率下的NO_x排放进行了研究，发现了NO_x排放在不同运行功率下的变化规律，为降低NO_x排放提供了一定的理论依据。

关键词 :脉冲调焰烧嘴，NO_x排放，长火焰，短火焰

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 概述

脉冲烧嘴是冶金行业加热炉普遍采用的一种加热工具，NO_x是燃气燃烧后产生的一系列危害环境的气体(NO_x是NO，NO₂等几种氮氧化合物的总称)。随着人类环保意识的加强和国家相关法律法规的就进一步要求，对NO_x排放的关注已经提高到了前所未有的高度。脉冲烧嘴具备不同燃烧模式(长、短火焰)及不同功率燃烧的功能，本文研究了脉冲烧嘴在实验室模拟现场不同工艺需求，在不同功率燃烧模式和不同功率下的NO_x排放规律，为降低NO_x排放提供了参考。

2. 产品概述

该烧嘴主要是由烧嘴砖、壳体、长短火焰切换阀等附属部分组成。应用在大型板坯加热炉上。烧嘴结构图见图1：

Figure 1. Burner assembly profile (Schematic)

图1. 烧嘴装配剖面图(示意)

烧嘴基本参数见表1：

Table 1. Basic parameters of burners

表1. 烧嘴基本参数

3. 实验条件概述

3.1. 介质条件

实验用混合煤气采用高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气三种煤气进行混合 [1]，与现场的混合煤气配比方式一致，热值8000~8100 KJ/Nm³，成分见表2：

Table 2. Composition and calorific value of mixed gas

表2. 混合煤气成分及热值

不同烧嘴功率下的混合煤气配比及空气量 [2]，按照空燃比1:1.05计算空气量，详见表3：

Table 3. Mixed gas volume corresponding to different power

表3. 不同功率对应的混合气体量

3.2. 实验炉条件与生产符合性

实验炉按照生产现场模拟生产现场加热炉的模式设计，试验炉设有燃气供配气系统、助燃风系统、排烟系统、冷却水系统等配套设施。试验炉能模拟烧嘴不同功率条件下燃烧的工况。

3.3. 实验系统

明火炉实验系统由供气系统(空气 + 煤气)、烧嘴及控制系统(含BCU)、辐射管试验炉及温度检测系统和烟气排放及检测系统组成。煤气系统取自××钢铁厂煤气主管道(含高炉、焦炉、转炉煤气)、经减压阀减压后到实验室混合管混合。进入实验室的煤气管道布设压力、流量检测装置。空气系统由离心式助燃风机(含变频器)、压力、流量检测装置及相关管道阀门组成。煤气、空气管道将实验所需气体送到烧嘴附件，按照实验要求采用软管连接到烧嘴接口。烧嘴燃烧(点火 + 信号)由一台BCU控制及采集。辐射管炉内按照等距离布置热电偶检测烧嘴工作时的温度场分布。烟气排放及检测系统由排烟风机、温度、压力、流量检测及相关管道(阀门)组成。烟气排放系统根据辐射管炉压力需求、排烟压力、排烟温度实时控制。详见图2：

Figure 2. Shows the schematic diagram of the furnace burner test system

图2. 明火炉烧嘴测试系统原理图

4. 实验过程简述

4.1. 实验过程

在封闭炉膛的状态下测试烧嘴在不同功率下的烟气成分 [3]。从10%功率开始至100%功率，依次调节供风量、煤气量，能介流量稳定在要求的范围内及火焰稳定后，记录烟气成分。

4.2. 实验注意事项

➢ 当CO含量小于50 ppm，O₂含量在0.3%范围内波动时，记录烟气成分。

5. 测定数据

5.1. 嘴前空煤气参数

在短火焰模式时测得烧嘴的各燃烧功率下的空气和煤气流量、嘴前压力，数据见表4：

Table 4. Measurements of mixing flow rate and burner pressure under different working conditions in short flame mode

表4. 实测短火焰模式时不同工况下混合流量和烧嘴前压力

在长火焰模式时烧嘴不同功率的空气和煤气流量、嘴前压力数据见表5：

Table 5. Measurements of mixed gas flow and pre-burner pressure under different working conditions in long flame mode

表5. 实测长火焰模式时不同工况下混合煤气流量和烧嘴前压力

5.2. 烟气排放指标

烟气排放指标主要是指烟气成分的测量，包括O₂、CO、CO₂、NO、NO_x、SO₂等成分 [4]。在烧嘴标定中，记录额定功率下的排烟成分和不同烧嘴功率时的排烟成分。不同工况下烟气成分见表6 (烟气成分测量时，需保证实验炉为微正压，在0~20 Pa之间，以防止空气吸入对烟气成分测量的影响)：

Table 6. Flue gas composition under different operating conditions

表6. 不同工况下烟气成分

5.3. 烟气成分分析

5.3.1. 短火焰模式

试验对烧嘴功率在30%，50%，80%和100%的工况下，短火焰模式下的烟气成分进行检测 [5]，见表7。

Table 7. Flue gas composition under different working conditions in short flame mode

表7. 短火焰模式时不同工况下烟气成分

按照加热炉排放标准转化各成分排放量，以8%的氧含量为基准，同时单位转换为mg/m³，见表8。

Table 8. Flue gas compositions converted in accordance with environmental emission standards

表8. 按照环保排放标准转换后的烟气成分

按照标准氧含量8%折算后的烟气成分中NO_x的趋势见图3。

Figure 3. Trends of No_x in flue gas components after conversion

图3. 折算后的烟气成分中No_x的趋势

5.3.2. 长火焰模式

试验对烧嘴功率在10%，30%，50%，80%和100%的工况下，长火焰模式下的烟气成分进行检测，见表9。

Table 9. Flue gas composition under different operating conditions in long flame mode

表9. 长火焰模式时不同工况下烟气成分

按照加热炉排放标准转化各成分排放量，以8%的氧含量为基准，单位转换为mg/m³，见表10：

Table 10. Flue gas compositions converted in accordance with environmental emission standards

表10. 按照环保排放标准转换后的烟气成分

按照标准氧含量8%折算后的烟气成分中NO_x的趋势见图4：

Figure 4. Trend of NO_x in converted flue gas composition

图4. 折算后的烟气成分中NO_x的趋势

5.4. 结论

1) 短火焰和长火焰的情况下，均出现随着功率增大，NO_x浓度在功率较小时随着功率的增加先出现较快升高，在50%功率之后NO_x浓度随着功率的增加而减少的情况；

2) 短火焰和长火焰比较，长火焰在烧嘴功率较低时产生的NO_x浓度要比短火焰浓度低很多，但当烧嘴功率达到100%时，长火焰在烧嘴功率较低时产生的NO_x浓度要比短火焰浓度要高。

文章引用

沈权,邓美玲,李国杰. 脉冲调焰烧嘴不同功率下NO_x排放研究
Study on NO_x Emission from Pulse Flame-Adjusting Burner at Different Power[J]. 冶金工程, 2019, 06(04): 196-203. https://doi.org/10.12677/MEng.2019.64027

参考文献

1. 何选明, 陈康, 等. 焦炉煤气低NOx燃烧技术研究进展[J]. 燃料与化工, 2013(1): 6-10.

2. 王志强, 孙绍增, 等. 煤气再燃还原氮氧化物的特性研究[J]. 中国电机工程学报, 2007(20): 42-45.

3. 肖静. 轧钢加热炉烟气成分的分析验证及不完全燃烧对热效率的影响[J]. 昆钢科技, 1998(2): 34-36.

4. 李震宇, 程军, 等. 工业锅炉洁净燃烧烟气成分的动态监测分析[J]. 电站系统工程, 2002(4): 1-4.

5. 张静媛, 刘明福, 等. W火焰炉NOx排放试验研究[J]. 电站系统工程, 2006(6): 13-15.

期刊菜单