1、1,3 冶金燃燒技術(shù)與設備,朱 云 昆明理工大學 2011.9,1 冶金燒燒的特點是什么？ 2 冶金有些什么燃燒方式？ 3 冶金燃燒有哪些設備？,2,3.A 冶金燒燒的特點,A 冶金富氧燃燒(與空氣比較燃燒特點): a)燃燒溫度高 氧量，% 燃燒溫度， 21 1860 25 2126 29 2375 氧量提高，燃燒溫度升高，必定會提高燃燒效率，降低爐渣含碳量。燃燒溫度高，爐內(nèi)傳熱效果更好，提高了鍋爐出力。b)減少空氣量和燃燒后煙氣量1公斤煤大約需8m3空氣，如果提高氧量，若氧量為30%，則需6m3，相差約2m3，煙氣從9m3降到6m3，這是顯然易見減少空氣量和煙氣量,3,c)節(jié)能既然煙氣量、空

2、氣量均減少，那么其設備自用電會減少一部分；提高燃燒效率，則機械不完全燃燒損失減少；煙氣量減少，則排煙損失減少； d)環(huán)保不利的一面：單位體積氮氧化物會增加，但總的來說，煤量減少，氮氧化物總量會減少。 B 冶金爐的一個組成部分，它的作用是將燃料和助燃劑（氧氣或空氣）互相混合，使之著火燃燒，并將火焰送入爐膛。通常由兩部分組成：燃燒器，供給燃料和助燃劑，并為二者混合創(chuàng)造條件或使二者混合；燃燒室，用來完成混合、著火燃燒的全部過程。許多冶金爐的燃燒過程在爐膛中進行，此時爐膛便起燃燒室的作用。,4,B 冶金爐的一個組成部分，它的作用是將燃料和助燃劑（氧氣或空氣）互相混合，使之著火燃燒，并將火焰送入爐膛。通

3、常由兩部分組成：燃燒器，供給燃料和助燃劑，并為二者混合創(chuàng)造條件或使二者混合；燃燒室，用來完成混合、著火燃燒的全部過程。許多冶金爐的燃燒過程在爐膛中進行，此時爐膛便起燃燒室的作用。 C 冶金爐燃燒裝置 冶金爐對燃燒裝置的要求是：具有適當?shù)娜紵芰Γ⒛茉谝欢ǚ秶鷥?nèi)進行調(diào)節(jié)；燃燒過程穩(wěn)定，不回火，也不脫火；能控制火焰，使火焰具有一定的外形、方向和剛性；符合環(huán)境保護的要求，避免或減少燃燒引起的大氣污染和燃燒噪聲；在高溫條件下堅固耐用，操作、維修方便。,5,B 冶金爐對燃燒裝置的要求是：具有適當?shù)娜紵芰?，并能在一定范圍?nèi)進行調(diào)節(jié)；燃燒過程穩(wěn)定，不回火，也不脫火；能控制火焰，使火焰具有一定的外形、方向

4、和剛性；符合環(huán)境保護的要求，避免或減少燃燒引起的大氣污染和燃燒噪聲；在高溫條件下堅固耐用，操作、維修方便。,6,3.0 冶金爐熱能的合理利用,冶金爐是優(yōu)質(zhì)燃料及電能的大量消耗者。如生產(chǎn)一噸鋼需消耗1.87噸標準燃料，需消耗965度電。生產(chǎn)一噸鋅(火治法)需消耗23.5噸標淮燃料。要得到一噸的金屬鎳則需要5055噸標準燃料。鋼鐵生產(chǎn)成本中能耗占23%。有色金屬產(chǎn)品的成本中，熱能消耗平均占10%左右，可見，在確定爐子供熱方案和組織爐子供熱的過程中，如何盡可能地提高熱能的利用率，具有重大的國民經(jīng)濟意義。,7,3.0.1 爐子能源的合理選擇 確定冶金爐能源時，應從以下原則出發(fā)： (1) 滿足工藝過程技

5、術(shù)上的要求：如溫度水平，雜質(zhì)含量，溫度控制的精確程度等； (2) 從能源生產(chǎn)、輸送及使用各個過程出發(fā)，保證最高的熱利用率(稱為能量總利用率)； (3) 國家資源的綜合利用； (4) 減輕勞動強度，便于操作的機械化和自動化。,8,混合煤氣配用比計算。 配用比就是指配用燃料在混合煤氣中所占的體積比例。根據(jù)生產(chǎn)要求，首先確定混合煤氣的發(fā)熱量。若以x代表配用比，則可由下式求得： 式中： x配用燃料在混合煤氣中所占的體積； 1x高爐煤氣在混合煤氣中所占的體積； 配用燃料的發(fā)熱量； 高爐煤氣的發(fā)熱量; 混合煤氣的發(fā)熱量。,9,(1) 高爐燃料的選用 為了保證高爐生產(chǎn)順行，在礦石原料中必須配比一定量的固體燃

6、料。 高爐生產(chǎn)高爐使用的固體燃料人工制造的冶金焦(一定的塊度(25125mm)和機械強度 )。但焦炭的來源有限，故是貴重燃料。目前在高爐風口處噴吹一些輔助燃料以降低焦比(kg/噸鐵），天然氣、焦爐煤氣、重油和粉煤都可做為噴吹燃料。 目前國內(nèi)外多采用噴吹重油(置換比為1:2)或粉煤(置換比1:0.8)。,10,(2) 作為熔煉的反射爐燃料 反射爐所用燃料能在爐頭處迅速燃燒，形成短火焰 1) 天然氣是反射爐的理想燃料，但它受產(chǎn)地的限制 2) 重油由于它的發(fā)熱量高，燃燒過程易于控制，燃燒設備簡單，操作方便，它亦是反射爐的理想燃料。 3) 粉煤目前仍是我國一些煉銅反射爐尚在采用的燃料。,11,3.1

7、冶金加熱爐概述,冶金蓄熱加熱爐與其他行業(yè)的加熱爐共同的地方，是有一個由耐火材料包圍的燃燒室，在其底部或側(cè)面設有燃燒器，不同之處是在爐內(nèi)布置的是傳熱管，因而也叫蓄熱爐。利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將流經(jīng)管內(nèi)的工藝介質(zhì)加熱到所需的溫度。,12,3.1.1 冶金蓄熱爐爐型,冶金企業(yè)常用的爐型按其外形分有圓筒型和方型兩種。圓筒型蓄熱爐適用于熱負荷小于30MW的場合。當熱負荷大于30MW以上時則采用方型蓄熱爐。如果按傳熱的類型可分為純輻射爐和對流-輻射型蓄熱爐。 爐型的選擇要根據(jù)工藝介質(zhì)、操作條件和結(jié)構(gòu)材料等因素來確定。熱負荷小于1MW時，采用純輻射的圓筒爐；熱負荷在1-30MW時，選用輻射-對流型的圓筒爐；

8、蓄熱加熱爐的結(jié)構(gòu)如圖-1所示，由輻射室、對流室、爐管、空氣預熱器、煙囪、燃燒器和通風系統(tǒng)等多個部分組成。,13,3.1.2 冶金蓄熱加熱爐特點,（1）被加熱的物質(zhì)是易燃、易爆的煤氣，與一般的工爐相比，它的危險性更大。 （2）加熱方式為直接受火式，燃燒的是氣體或液體。任何泄漏都可能造成爆炸或火災。 （3）蓄熱爐通常處在高溫高壓條件下運行，操作條件苛刻。一般加熱型的加熱爐，爐管的壁溫在400650。而加熱反應型的加熱爐，爐管壁溫在8501000。操作壓力范圍較寬，低中壓力在110MPa，而高壓加氫加熱爐高達18MPa20MPa。 （4）長周期連續(xù)運轉(zhuǎn)，不間斷操作，操作周期一般在1年到3年，最長可達

9、5年。因而對加熱爐的可靠性要求很高。,14,表-1 冶金蓄熱爐熱效率指標,（5）在冶金投用的蓄熱爐通常具有較高的熱效率。最近已達到85%-92%。根據(jù)中國石化的行業(yè)標準要求，對于低硫燃料（含硫量0.1%）的加熱爐的效率指標應符合表-1的規(guī)定。,15,3.1.3 蓄熱爐的投資與能耗,蓄熱爐在冶金工廠具有舉足輕重的作用，蓄熱爐的能耗很高。蓄熱爐的能量消耗在生產(chǎn)裝置中約占80%-90%。它的投資一般占15%左右，高的可達30%。此外，由于加熱爐在燃料燃燒時的噪聲和煙氣排放也對環(huán)境污染造成相當嚴重的影響。這些因素都必須在加熱爐設計時加以考慮。,16,3.8 直流式煤粉燃燒器,一、直流式煤粉燃燒器的特性

10、 1不旋轉(zhuǎn)，射流擴展角小，卷吸能力小，單只燃燒器的著火性能差，爐膛充滿度差； 2射流衰減慢，射程遠，后期混合好，有利于煤粉燃盡； 3采用四角布置，相互配合時，相互點燃，著火好，混合強烈； 4多層布置（不少于三層）。,17,燃燒器的作用,作用：將煤粉與空氣混合氣流按有利的方式送入爐膛，造成有利的空氣動力場，保證煤粉氣流及時著火、強烈燃燒、潔凈燃燒、良好燃盡。 分類： 直流燃燒器 旋流燃燒器,18,1均等配風 一、二次風噴口間隔布置，混合較快，適用于揮發(fā)分較高的煤種。 均等配風直流式燃燒器,二、直流燃燒器的類型,19,2 分級配風,(1)目的： 在燃燒過程不同時期的各個階段，按需要送入適量空氣，保

11、證煤粉既能穩(wěn)定著火、又能完全燃燒。 (2)特點 使著火區(qū)保持比較高的煤粉濃度，以減少著火熱；燃燒放熱比較集中，使著火區(qū)保持高溫燃燒狀態(tài)，適用于難燃煤；煤粉氣流剛性增強，不易偏斜貼墻。同時，卷吸高溫煙氣的能力加強。,20,(3) 一次風集中布置的問題 著火區(qū)煤粉高度集中，可能造成著火區(qū)供氧不足，延緩燃燒進程； 一次風噴嘴附近為高溫區(qū)，噴嘴易變形，使噴嘴出口附近氣流速度分布不均，容易出現(xiàn)空氣、煤粉分層現(xiàn)象。,21,三、四角布置直流燃燒器的工作原理,1、工作原理主要表現(xiàn)為幾個過程： (1) 煤粉氣流卷吸高溫煙氣而被加熱的過程； (2) 射流的相互撞擊、射流兩側(cè)的補氣及壓力平衡過程； (3) 煤粉氣流

12、的著火過程； (4) 煤粉與二次風空氣的混合過程； (5) 四股氣流形成的切圓旋轉(zhuǎn)過程； (6) 焦碳的燃盡過程。,22,四、四角切圓燃燒的氣流偏斜及切圓直徑,1、氣流偏斜問題 引起燃燒器出口氣流偏斜的主要原因是： （1）鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因。 （2）射流偏斜還受射流兩側(cè)“補氣”條件的影響。 （3）燃燒器的高寬比(hr/b)對射流彎曲變形影響較大。 （4）當燃燒器多層布置時，上層氣流不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使氣流容積流量增大，旋渦直徑相應增大，一般可使實際切圓直徑膨脹到假想切圓直徑的810倍。,23,2、切圓直徑過大問題,優(yōu)點： 上游鄰角火焰向下游煤粉氣

13、流的根部靠近，煤粉的著火條件較好。這時爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強烈，氣流擾動大，使后期燃燒階段可燃物與空氣流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。 問題： (1) 火焰容易貼墻，引起結(jié)渣； (2) 著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口； (3) 火焰旋轉(zhuǎn)強烈時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動量矩大，同時因為高溫火焰的粘度很大，到達爐膛出處，殘余旋轉(zhuǎn)較大，這將使爐膛出口煙溫分布不均勻程度加大，因而既容易引起較大的熱偏差，也可能導致過熱器結(jié)渣或超溫。,24,五、一次風與二次風,1 一次風量 一次風量應該既能滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒所需的氧量，又能滿足輸送煤粉的需要。如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應首先考慮輸送煤粉的需要。 一次風量通常用一

14、次風量占總風量的比值表示，稱為一次風率。,2 一次風速,一次風速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風氣流的剛度。,25,3 一次風溫,提高一次風溫，可降低著火熱，使著火位置提前。提高熱風溫度是提高煤粉著火速度和著火穩(wěn)定性的必要措施之一。根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分含量的大小，一次風溫既應滿足使煤粉盡快著火，穩(wěn)定燃燒的要求，又應保證煤粉輸送系統(tǒng)工作的安全性。,4 二次風量和風速,二次風是在煤粉氣流著火后混入的。由于高溫火焰的粘度很大，二次風必須以很高的速度才能穿透火焰，以增強空氣與焦碳粒子表面的接觸和混合，故通常二次風速比一次風速提高一倍以上。,26,5 二次風溫,從燃燒角度看，二次風溫愈高，愈能強化

15、燃燒，并能在低負荷運行時增強著火的穩(wěn)定性。 二次風溫的提高受到空氣預熱器傳熱面積的限制，傳熱面積愈大，金屬耗量就愈多，不但增加投資，而且將使預熱器結(jié)構(gòu)龐大，不便布置。,27,六、三次風、周界風、夾心風,1、三次風 概念： 在中儲式制粉系統(tǒng)中，細粉分離器將煤粉和輸送煤粉的空分離后，形成乏氣。乏氣中帶有10%的細煤粉。這部分乏氣一般送入爐膛燃燒，形成三次風。三次風的特點是溫度低，水分大，煤粉細。,28,三次風對燃燒及汽溫調(diào)節(jié)的不利影響： (1)使火焰溫度降低，燃燒不穩(wěn)定。 (2)火焰拖長，爐膛出口煙溫升高，使過熱汽溫與再熱汽溫偏高，汽溫調(diào)節(jié)幅度增大。同時增大過熱器熱偏差。 (3) 三次風高速射入，

16、使火焰殘余旋轉(zhuǎn)增大，同時飛灰可燃物增加； (4) 三次風量較大時，風速也增大，易擾亂爐正常的空氣流動，引起火焰貼墻結(jié)渣。,29,2、周界風,周界風的作用是： (1) 冷卻一次風噴口，防止噴口燒壞或變形； (2) 少量熱空氣與煤粉火焰及時混合； (3) 周界風的速度比煤粉氣流的速度要高，能增加一次風氣流的剛度，防止氣流偏斜；并能托住煤粉，防止煤粉從主氣流中分離出來而引起不完全燃燒； (4) 高速周界風有利于卷吸高溫煙氣，促進著火，并加速一、二次風的混合過程。,30,3、夾心風,夾心風的作用： (1) 補充火焰中心的氧氣，同時也降低了著火區(qū)的溫度，而對一次風射流外緣的煙氣卷吸作用沒有明顯的影響；

17、(2) 高速的夾心風提高了一次風射流的剛度，能防止氣流偏斜，而且增強了煤粉氣流內(nèi)部的擾動，這對加速外緣火焰向中心的傳播是有利的； (3) 夾心風速度較大時，一次風射流擴展角減小，煤粉氣流擴散減弱，這對于減輕和避免煤粉氣流貼壁，防止結(jié)渣有一定作用； (4) 可作為變煤種、變負荷時燃燒調(diào)整的手段之一。,31,七、擺動式燃燒器,擺動式燃燒器的各噴口一般可同步上、下擺動2030度，用來改變火焰中心位置的高度，調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。并便于在啟動和運行中進行燃燒調(diào)節(jié)，控制爐膛出口煙溫，避免爐膛內(nèi)受熱面結(jié)渣。 擺動式燃燒器運行中容易出現(xiàn)的問題是：因噴口受熱變形，使擺動機構(gòu)卡死，或擺動不靈活。擺動機構(gòu)上的傳動銷磨

18、損或受熱太大時，容易被剪斷。,32,第三節(jié) 旋流式燃燒器,一、旋流式燃燒器的工作原理 煤粉氣流或熱空氣通過旋流器時，發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從噴口射出后即形成旋轉(zhuǎn)射流。 利用旋轉(zhuǎn)射流，能形成有利于著火的高溫煙氣回流區(qū)，并使氣流強烈混合。,33,二、分類,1、可動葉片雙調(diào)風旋流燃燒器,34,3、蝸殼式燃燒器,35,三、旋流式燃燒器的布置與供風方式,旋流式燃燒器通常布置在爐膛的前、后墻上，有的采用大風箱供風，有的采用分隔風箱供風。,36,四、單只燃燒器的熱功率,單只燃燒器功率過大，會帶來以下幾個問題： (1)爐膛受熱面局部熱負荷過高，易于結(jié)渣。 (2)爐膛受熱面局部熱負荷過高，易引起水冷壁的傳熱惡化和直流鍋爐的

19、水動力多值性。 (3)切換或啟停燃燒器對爐內(nèi)火焰燃燒的穩(wěn)定性影響較大。 (4)切換或啟停燃燒器對爐膛出口煙溫的影響較大，影響過熱器的安全性和汽溫調(diào)節(jié)。 (5) 一、二次風的氣流太厚，不利風粉混合。 (6) 燃燒調(diào)節(jié)不太靈活。,37,五、旋轉(zhuǎn)火焰的特性,根據(jù)氣流的旋流強度的大小，旋流式燃燒器形成的火焰形狀可能有三種：封閉式火焰、開放式火焰、飛邊火焰。,38,第四節(jié) 煤粉爐爐膛,一、燃燒煤粉對爐膛的要求 (1)創(chuàng)造良好的著火、穩(wěn)燃條件，并使燃料在爐內(nèi)完全燃盡； (2)將煙氣冷卻至煤灰的熔點溫度以下，保證爐膛內(nèi)所有的受熱面不結(jié)渣； (3)布置足夠的蒸發(fā)受熱面，并不發(fā)生傳熱惡化； (4)盡可能減少污染

20、物的生成量； (5) 對煤質(zhì)和負荷變化有較寬的適應性能以及連續(xù)運行的可靠性。,39,二、評價爐膛結(jié)構(gòu)的參數(shù),1、爐膛結(jié)構(gòu)著火穩(wěn)定性參數(shù) A、爐膛截面熱負荷qA A爐膛橫截面積，m2。通常用燃燒器區(qū)域的爐膛水平斷面面積表示。 B燃煤量，kg/s。 燃料的收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg。,40,B、燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷qR a、b爐膛深度、寬度； HR 燃燒器區(qū)域高度，一般取上層一次風噴口上方1.5米處和下層一次風噴口下方1米處的距離； 圍燃帶面積修正系數(shù)；,41,、爐膛結(jié)構(gòu)燃盡性參數(shù),A、 爐膛容積熱負荷qv VL爐膛容積，m3。 爐膛容積熱負荷qv的意義是指在單位時間內(nèi)、單位爐膛容積內(nèi)，燃料燃燒放出的熱量,42,B、燃料在爐內(nèi)的停留時間 燃料在爐內(nèi)的停留時間可用下述關(guān)系表示： L燃燒器上一次風中心至屏下端距離，m; Wy煙氣在爐內(nèi)的平均上升速度， m/s;,3、爐膛結(jié)構(gòu)結(jié)渣性參數(shù),與著火穩(wěn)定因素相同，用Jz表示： JZ= qA +