CN107057721A - 实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法，预热后的助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道后，先与废气混合，再向上喷射与富煤气出口或贫煤气底部出口喷出的贫煤气/混合煤气接触燃烧，形成温和与深度低氧稀释燃烧；沿立火道高向，各段助燃空气出口与煤气出口交错设置，使各段燃烧过程总存在过量助燃空气与低浓度煤气反应或过量煤气与贫氧助燃空气反应的情况，形成浓淡偏离的燃烧过程；通过流量调节装置控制各出口气体流量，最后一段助燃空气出口高于最后一段煤气出口设置，使立火道内存在一段高温还原区域，在该区域内高温废气中残留还原性气氛能够还原已生成的NOx；以上措施均能够有效降低废气中的NOx浓度。

Description

实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法

技术领域

本发明涉及炼焦技术领域，尤其涉及一种能够实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法。

背景技术

现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热室和燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器与烟道连接。烟道设在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱。因此焦炉由三室两区即炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶区，以及基础部分组成。燃烧室在炭化室两侧，由多个立火道构成。蓄热室位于炉体下部，分空气蓄热室和煤气蓄热室。

燃烧室内每两个立火道构成一对双联立火道(分别称上升火道、下降火道)分别走上升气流和下降气流，每对双联立火道顶部设有跨越孔，底部设有废气循环孔，使2个立火道相连通。自立火道底部进入立火道的助燃空气、煤气经扩散燃烧后形成上升气流，上升气流经跨越孔进入下降火道成为下降气流，下降气流经火道底部废气循环孔进入上升气流参与循环。

随着现代生产方式的转变，对焦炉提出了更高的要求，如生产能力大，加热系统阻力小，调节控制方便，低氮环保等。目前我国现有的下喷焦炉为改善立火道内高向加热均匀性，满足生产负荷要求，采用了高低灯头、废气循环和助燃气体分段供给等方式，但在抑制燃烧过程中氮氧化物生成方面仍有改进的空间。

发明内容

本发明提供了一种实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法，通过对分段加热式焦炉燃烧室立火道内各助燃空气和煤气的喷出位置以及助燃空气和煤气的供入量进行限定，实现温和与深度低氧稀释燃烧、浓淡燃烧、燃料分级燃烧及空气分级燃烧多种低氮氧化物燃烧方式，能够有效抑制立火道燃烧过程中NOx的生成，满足更高的环保要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法，焦炉燃烧室由多个立火道组成，每两个立火道组成一个双联立火道，双联立火道的顶部通过跨越孔连通，底部通过废气循环孔连通；每个立火道底部分别设富煤气砖煤气道、助燃空气底部出口及贫煤气底部出口，立火道隔墙沿高向设多段助燃空气出口和多段煤气出口；实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法包括如下步骤：

1)助燃空气自立火道底部及沿高向分段供入各立火道，富煤气通过富煤气砖煤气道的富煤气出口自立火道底部供入，贫煤气或混合煤气通过贫煤气底部出口及沿高向分段供入立火道；

2)立火道内，贫煤气底部出口高于助燃空气底部出口50～500mm设置，助燃空气底部出口低于废气循环孔或与废气循环孔底面等高设置，使预热后的助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道后，先与废气循环孔处的废气混合，助燃空气中的中的氧气浓度降低，然后向上喷射与富煤气出口或贫煤气底部出口喷出的贫煤气/混合煤气接触燃烧，形成温和与深度低氧稀释燃烧，从而减少燃烧时NOx的生成；

3)助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道的同时，也分别从立火道隔墙上的各段助燃空气出口喷出，沿立火道高向，各段助燃空气出口与煤气出口交错设置，使各段燃烧过程总存在过量助燃空气与低浓度煤气反应或过量煤气与贫氧助燃空气反应的情况，在立火道内形成浓淡偏离的燃烧过程，并能够降低上游燃烧后废气的温度，避免煤气与助燃空气快速剧烈燃烧的发生，从而进一步抑制燃烧时NOx的生成；

4)通过流量调节装置分别控制贫煤气底部出口、助燃空气底部出口、各段助燃空气出口及各段煤气出口的气体流量；最后一段助燃空气出口高于最后一段煤气出口设置，调节最后一段煤气出口供入的煤气量为立火道供入煤气总量的1％～50％，保证在最后一段煤气出口处的上升气流总体空气过剩系数＜1；调节最后一段助燃空气出口供入的助燃空气量为供入助燃空气总量的1％～50％，保证在最后一段助燃空气出口处的上升气流总体空气过剩系数＞1；在此条件下，立火道内最后一段煤气出口下游高温废气残留还原性气氛能够还原已生成的NOx，从而有效降低废气中的NOx浓度；最后一段助燃空气出口后上升气流的可燃成分完全燃烧，过量的助燃空气还可使燃烧后的废气温度降低。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)通过合理设置贫煤气底部出口、助燃空气底部出口及废气循环孔的相对高度，使预热后的助燃空气进入立火道时先与废气混合，降低了助燃空气中氧气的浓度，然后向上喷射与煤气接触燃烧，实现温和与深度低氧稀释燃烧，从而使立火道内燃烧过程中NOx的生成得到有效抑制；

2)立火道内各段助燃空气出口和贫煤气出口设置高度不一致，从而保证各段燃烧过程总存在过量助燃空气与低浓度可燃气反应或过量可燃气与贫氧助燃空气反应的情况，形成立火道内浓淡偏离的燃烧过程，从而避免煤气与助燃空气快速剧烈燃烧的发生；

3)分段供入过量的助燃空气或者贫煤气，能够降低上游燃烧后废气的温度，抑制燃烧过程中NOx的生成；

4)立火道内最后一段贫煤气出口供入的煤气量占总煤气量的1～50％，保证该处上升气流总体空气过剩系数小于1，使立火道内高温废气残留还原性气氛能够还原已生成的NOx，从而降低废气中的NOx浓度；

5)立火道内最后一段助燃空气出口供入的助燃空气量为供入助燃空气总量的1％～50％，保证在最后一段助燃空气出口处的上升气流总体空气过剩系数＞1；在此条件下，温度相对较低的最后一段助燃空气过量供入使残余煤气完全燃烧，且燃烧后的废气温度降低。

具体实施方式

本发明所述实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法，焦炉燃烧室由多个立火道组成，每两个立火道组成一个双联立火道，双联立火道的顶部通过跨越孔连通，底部通过废气循环孔连通；每个立火道底部分别设富煤气砖煤气道、助燃空气底部出口及贫煤气底部出口，立火道隔墙沿高向设多段助燃空气出口和多段煤气出口；实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法包括如下步骤：

1)助燃空气自立火道底部及沿高向分段供入各立火道，富煤气通过富煤气砖煤气道的富煤气出口自立火道底部供入，贫煤气或混合煤气通过贫煤气底部出口及沿高向分段供入立火道；

2)立火道内，贫煤气底部出口高于助燃空气底部出口50～500mm设置，助燃空气底部出口低于废气循环孔或与废气循环孔底面等高设置，使预热后的助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道后，先与废气循环孔处的废气混合，助燃空气中的中的氧气浓度降低，然后向上喷射与富煤气出口或贫煤气底部出口喷出的贫煤气/混合煤气接触燃烧，形成温和与深度低氧稀释燃烧，从而减少燃烧时NOx的生成；

3)助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道的同时，也分别从立火道隔墙上的各段助燃空气出口喷出，沿立火道高向，各段助燃空气出口与煤气出口交错设置，使各段燃烧过程总存在过量助燃空气与低浓度煤气反应或过量煤气与贫氧助燃空气反应的情况，在立火道内形成浓淡偏离的燃烧过程，并能够降低上游燃烧后废气的温度，避免煤气与助燃空气快速剧烈燃烧的发生，从而进一步抑制燃烧时NOx的生成；

4)通过流量调节装置分别控制贫煤气底部出口、助燃空气底部出口、各段助燃空气出口及各段煤气出口的气体流量；最后一段助燃空气出口高于最后一段煤气出口设置，调节最后一段煤气出口供入的煤气量为立火道供入煤气总量的1％～50％，保证在最后一段煤气出口处的上升气流总体空气过剩系数＜1；调节最后一段助燃空气出口供入的助燃空气量为供入助燃空气总量的1％～50％，保证在最后一段助燃空气出口处的上升气流总体空气过剩系数＞1；在此条件下，立火道内最后一段煤气出口下游高温废气残留还原性气氛能够还原已生成的NOx，从而有效降低废气中的NOx浓度；最后一段助燃空气出口后上升气流的可燃成分完全燃烧，过量的助燃空气还可使燃烧后的废气温度降低。

焦炉燃烧室由多个立火道组成，每两个立火道组成一个双联立火道，双联立火道的顶部通过跨越孔连通，底部通过废气循环孔连通；每个立火道底部分别设富煤气砖煤气道及贫贫煤气底部出口，立火道隔墙沿高向设多段助燃空气出口和多段贫煤气出口。

本发明中，将所述贫煤气底部出口高于助燃空气底部出口50～500mm设置；助燃空气底部出口低于废气循环孔底面或与废气循环孔底面等高设置；多段助燃空气出口中的各段助燃空气出口与多段贫煤气出口中的各段贫煤气出口的标高均不相同，且最后一段助燃空气出口高于最后一段贫煤气出口设置。

所述立火道隔墙内设助燃空气道和贫煤气道，沿高向，助燃空气道通过多个助燃空气出口连通立火道，贫煤气道通过多个贫煤气出口连通立火道，且助燃空气出口和贫煤气出口均为向立火道内上方倾斜、收窄的通道。

所述富煤气砖煤气道的富煤气出口、助燃空气底部出口、各段助燃空气出口及各段贫煤气出口气体流量分别由各自流量调节装置调节。

所述多段助燃空气出口与多段贫煤气出口的分段数量相同或不同。

本发明首先对位于立火道底部的助燃空气底部出口和贫煤气底部出口进行合理设计，即限定助燃空气底部出口低于废气循环孔或与其底面等高布置，立火道隔墙底部的贫煤气底部出口高于高于助燃空气底部出口布置，从而使预热后的助燃空气进入立火道时先与废气混合，降低助燃空气中氧气的浓度，然后向上喷射与煤气接触燃烧，形成温和与深度低氧稀释燃烧，进而减少NOx的生成量。

立火道底部与焦炉斜道相连，当焦炉采用贫煤气或混合煤气加热时，助燃空气同时供入立火道底部和立火道隔墙上的助燃空气道内，其中部分助燃空气由助燃空气底部出口喷出，其余的助燃空气由立火道隔墙上的各段助燃空气出口喷出。贫煤气或混合煤气供入立火道隔墙上的贫煤气道，其中部分贫煤气由贫煤气底部出口喷出，其余的贫煤气由立火道隔墙上的各段贫煤气出口喷出。本发明中，最后一段贫煤气出口总是低于最后一段助燃空气出口。

各助燃空气出口和各贫煤气出口分别设置流量调节装置，用于调节助燃空气或煤气的流量。在焦炉生产加热过程中，调节立火道内各出口的煤气及助燃空气量，使燃烧过程的空气过剩系数总是偏离1，且上段燃烧生成的火焰能够被下段喷出的煤气或助燃空气降温，以此使立火道燃烧过程中的NOx得到综合控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法，焦炉燃烧室由多个立火道组成，每两个立火道组成一个双联立火道，双联立火道的顶部通过跨越孔连通，底部通过废气循环孔连通；每个立火道底部分别设富煤气砖煤气道、助燃空气底部出口及贫煤气底部出口，立火道隔墙沿高向设多段助燃空气出口和多段煤气出口；其特征在于，实现焦炉燃烧室立火道内低氮燃烧的方法包括如下步骤：

1)助燃空气自立火道底部及沿高向分段供入各立火道，富煤气通过富煤气砖煤气道的富煤气出口自立火道底部供入，贫煤气或混合煤气通过贫煤气底部出口及沿高向分段供入立火道；

2)立火道内，贫煤气底部出口高于助燃空气底部出口50～500mm设置，助燃空气底部出口低于废气循环孔或与废气循环孔底面等高设置，使预热后的助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道后，先与废气循环孔处的废气混合，助燃空气中的中的氧气浓度降低，然后向上喷射与富煤气出口或贫煤气底部出口喷出的贫煤气/混合煤气接触燃烧，形成温和与深度低氧稀释燃烧，从而减少燃烧时NOx的生成；

3)助燃空气自助燃空气底部出口进入立火道的同时，也分别从立火道隔墙上的各段助燃空气出口喷出，沿立火道高向，各段助燃空气出口与煤气出口交错设置，使各段燃烧过程总存在过量助燃空气与低浓度煤气反应或过量煤气与贫氧助燃空气反应的情况，在立火道内形成浓淡偏离的燃烧过程，并能够降低上游燃烧后废气的温度，避免煤气与助燃空气快速剧烈燃烧的发生，从而进一步抑制燃烧时NOx的生成；

4)通过流量调节装置分别控制贫煤气底部出口、助燃空气底部出口、各段助燃空气出口及各段煤气出口的气体流量；最后一段助燃空气出口高于最后一段煤气出口设置，调节最后一段煤气出口供入的煤气量为立火道供入煤气总量的1％～50％，保证在最后一段煤气出口处的上升气流总体空气过剩系数＜1；调节最后一段助燃空气出口供入的助燃空气量为供入助燃空气总量的1％～50％，保证在最后一段助燃空气出口处的上升气流总体空气过剩系数＞1；在此条件下，立火道内最后一段煤气出口下游高温废气残留还原性气氛能够还原已生成的NOx，从而有效降低废气中的NOx浓度；最后一段助燃空气出口后上升气流的可燃成分完全燃烧，过量的助燃空气还可使燃烧后的废气温度降低。