CN111593156A - 一种高炉热风炉低氮燃烧工艺 - Google Patents

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赵波
李世明
潘涛
杨占春
徐平
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Abstract

本发明涉及一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，利用空气分级燃烧原理，将高炉热风炉内的燃烧阶段分为一次燃烧阶段和二次燃烧阶段；其中一次燃烧阶段是将少于燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气送入高炉加热炉内，使燃料在缺氧条件下燃烧；二次燃烧阶段是将多于剩余燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气以二次风的形式送入高炉加热炉内，使剩余燃料在空气过剩条件下充分燃尽；本发明能够有效减少高炉热风炉NOx排放量，使NOx的排放量减少20％～40％，从而满足超低排放标准的要求。

Description

一种高炉热风炉低氮燃烧工艺
技术领域
本发明涉及高炉热风炉超低排放技术领域，尤其涉及一种高炉热风炉低氮燃烧工艺。
背景技术
随着我国对环保排放的标准要求越来越严苛，企业不断加大治理污染的力度。在高炉生产中，高炉热风炉烟气中带有粉尘颗粒物、SO2、NOx等有害物质，容易对环境造成污染。按照我国超低排放标准，高炉热风炉烟气中有害物质的排放量即颗粒物、SO2、NOx的排放指标分别为10mg/m3、50mg/m3、200mg/m3以下。在这些有害物质中，NOx主要由热风炉内燃烧的高温热空气生成，因此降低高炉热风炉燃烧产物中的NOx日益受到了钢铁企业及钢铁科研单位的重视。
发明内容
本发明提供了一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，利用空气分级燃烧原理对现有燃烧工艺及系统进行改进，能够有效减少高炉热风炉NOx排放量，使NOx的排放量减少20％～40％，从而满足超低排放标准的要求。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，包括：
在高炉热风炉外的助燃空气入口管道与热风出口管道之间设二次助燃空气管道；二次助燃空气管道对应端延伸至热风出口管道内并设二次助燃空气喷射器，喷射方向朝向高炉热风炉内侧；二次助燃空气管道上沿助燃空气流动方向依次设置压力变送器、流量计及二次助燃空气调节阀；压力变送器、流量计及二次助燃空气调节阀通过控制系统联锁控制；
利用空气分级燃烧原理，将高炉热风炉内的燃烧阶段分为一次燃烧阶段和二次燃烧阶段；其中：
一次燃烧阶段是将少于燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气送入高炉加热炉内，使燃料在缺氧条件下燃烧，使火焰的燃烧速度和温度得以降低，燃烧产物主要是CO，同时燃料中的氮被分解为HN、HCN、CN、NH3、NH2及其它含氮基团，这些含氮基团相互作用后还原NOx，从而抑制燃料型NOx产生；
二次燃烧阶段是将多于剩余燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气以二次风的形式送入高炉加热炉内，使剩余燃料在空气过剩条件下充分燃尽；
通过将燃烧所需的空气分级送入高炉热风炉炉膛内，降低了主燃烧区的氧气浓度，火焰的燃烧速度和温度得以降低，从而降低了主燃烧区的NOx生成量。
所述高炉热风炉内的燃烧器为低氮型陶瓷燃烧器。
所述高炉热风炉为高炉内燃式热风炉、高炉外燃式热风炉或高炉顶燃式热风炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)改进部分结构简单，操作维护方便，一次性投资很少，占地面积很小；
2)具有较好的环境效益和社会效益，有利于改善大气环境，有效减少NOx的排放量；
3)可以与其他燃烧后脱硫脱硝装置共同实施，即使应对更为严苛的排放标准仍能达标；
4)适用于高炉内燃式热风炉、高炉外燃式热风炉以及高炉顶燃式热风炉，即现阶段高炉热风炉的所有类型。
5)为高炉热风炉实现超低NOx烟气排放提供了一种可行性技术。
附图说明
图1是本发明所述一种高炉热风炉低氮燃烧工艺的实施示意图一(高炉内燃式热风炉)。
图2是本发明所述一种高炉热风炉低氮燃烧工艺的实施示意图一(高炉外燃式热风炉)。
图3是本发明所述一种高炉热风炉低氮燃烧工艺的实施示意图一(高炉顶燃式热风炉)。
图中：Ⅰ.高炉内燃式热风炉Ⅱ.高炉外燃式热风炉Ⅲ.高炉顶燃式热风炉1.二次助燃风空气喷射器2.低氮型陶瓷燃烧器3.二次助燃空气管道4.二次助燃空气调节阀5.流量计6.压力变送器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，包括：
如图1-图3所示，在高炉热风炉外的助燃空气入口管道与热风出口管道之间设二次助燃空气管道3；二次助燃空气管道3对应端延伸至热风出口管道内并设二次助燃空气喷射器1，喷射方向朝向高炉热风炉内侧；二次助燃空气管道3上沿助燃空气流动方向依次设置压力变送器6、流量计5及二次助燃空气调节阀4；压力变送器6、流量计5及二次助燃空气调节阀4通过控制系统联锁控制；
利用空气分级燃烧原理，将高炉热风炉内的燃烧阶段分为一次燃烧阶段和二次燃烧阶段；其中：
一次燃烧阶段是将少于燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气送入高炉加热炉内，使燃料在缺氧条件下燃烧，使火焰的燃烧速度和温度得以降低，燃烧产物主要是CO，同时燃料中的氮被分解为HN、HCN、CN、NH3、NH2及其它含氮基团，这些含氮基团相互作用后还原NOx，从而抑制燃料型NOx产生；
二次燃烧阶段是将多于剩余燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气以二次风的形式送入高炉加热炉内，使剩余燃料在空气过剩条件下充分燃尽；
通过将燃烧所需的空气分级送入高炉热风炉炉膛内，降低了主燃烧区的氧气浓度，火焰的燃烧速度和温度得以降低，从而降低了主燃烧区的NOx生成量。
所述高炉热风炉内的燃烧器为低氮型陶瓷燃烧器2。
所述高炉热风炉为高炉内燃式热风炉Ⅰ(如图1所示)、高炉外燃式热风炉Ⅱ(如图2所示)或高炉顶燃式热风炉Ⅲ(如图3所示)。
本发明利用空气分级燃烧原理，将高炉热风炉的燃烧阶段分为一次燃烧阶段和二次燃烧阶段。
一次燃烧阶段中，将助燃空气、煤气送入高炉热风炉内，低氮型陶瓷燃烧器2点火燃烧。一次燃烧持续一段时间后，高炉热风炉的燃烧阶段进入中后段，此时，进入二次燃烧阶段。
二次燃烧阶段中，通过在高炉热风炉的助燃空气入口管道上引出的二次助燃空气管道3，二次助燃空气进入二次助燃空气喷射器1，并顺着热风出口管道喷射到高炉热风炉内，抑制和降低一次燃烧产生的燃烧温度，未燃尽的燃料继续在剩余空间里进行燃尽，从而拉长燃烧区域，均匀化燃烧空间，使燃烧温度场分布更接近均匀。
经过空气分级燃烧后，高炉热风炉排出烟气中的NOx量可减少20％～40％，从而达到超低排放标准。
本发明所述一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，通俗的讲，一次燃烧阶段是“富燃料燃烧”，使燃烧不充分燃烧；而二次燃烧阶段是“富空气燃烧”，即在二次燃烧阶段通入过量空气，实现燃尽过程。两个燃烧阶段之间通过通入的空气调节温度场的分布，使整个燃烧系统的过量空气系数保持一个定值。
通过将燃烧所需的空气分阶段送入高炉热风炉内部，可以降低高炉热风炉主燃烧区的氧气浓度，使其过量空气系数小于1，火焰的燃烧速度和温度得以降低。由于NOx的产生与高温有关，因此降低燃烧温度就会降低NOx生成量。
本发明中，在高炉热风炉的助燃空气入口管道上引出一路二次助燃空气管道3，选用高稳定性、高掺混性、拆装灵活方便且具备长时间耐高温性能的二次助燃空气喷射器1，将二次助燃空气送入高炉热风炉燃烧阶段的中后段，抑制和降低一次燃烧阶段产生的燃烧温度，使未燃尽的燃料继续在剩余空间里进行燃尽，从而拉长燃烧区域，均匀化燃烧空间，使燃烧温度场分布更接近均匀。
本发明采用低氮型陶瓷燃烧器2，利用空气分级原理，虽然降低了火焰的燃烧速度和温度，但可以保证高炉正常工作所需要的热风温度。
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 (3)

1.一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，其特征在于，包括：
在高炉热风炉外的助燃空气入口管道与热风出口管道之间设二次助燃空气管道；二次助燃空气管道对应端延伸至热风出口管道内并设二次助燃空气喷射器，喷射方向朝向高炉热风炉内侧；二次助燃空气管道上沿助燃空气流动方向依次设置压力变送器、流量计及二次助燃空气调节阀；压力变送器、流量计及二次助燃空气调节阀通过控制系统联锁控制；
利用空气分级燃烧原理，将高炉热风炉内的燃烧阶段分为一次燃烧阶段和二次燃烧阶段；其中：
一次燃烧阶段是将少于燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气送入高炉加热炉内，使燃料在缺氧条件下燃烧，使火焰的燃烧速度和温度得以降低，燃烧产物主要是CO，同时燃料中的氮被分解为HN、HCN、CN、NH3、NH2及其它含氮基团，这些含氮基团相互作用后还原NOx，从而抑制燃料型NOx产生；
二次燃烧阶段是将多于剩余燃料充分燃烧所需理论空气量的助燃空气以二次风的形式送入高炉加热炉内，使剩余燃料在空气过剩条件下充分燃尽；
通过将燃烧所需的空气分级送入高炉热风炉炉膛内，降低了主燃烧区的氧气浓度，火焰的燃烧速度和温度得以降低，从而降低了主燃烧区的NOx生成量。
2.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，其特征在于，所述高炉热风炉内的燃烧器为低氮型陶瓷燃烧器。
3.根据权利要求1所述的一种高炉热风炉低氮燃烧工艺，其特征在于，所述高炉热风炉为高炉内燃式热风炉、高炉外燃式热风炉或高炉顶燃式热风炉。
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