蓄热式燃烧加热炉

有毒有害气体
工业炉烟气中的有害气体主要有二氧 化硫(SO2)、一氧化碳(CO) 、氮氧化物 (NOx)、 氟化氢(HF)和光化学烟雾。 ▪ 二氧化硫(SO2):主要来自于含硫燃料的燃烧 ▪ 氮氧化物(NOx)： (Thermal NO)/ (Fuel NO) ▪ 一氧化碳(CO)：主要来源于燃料的不完全 燃烧和输气管道的泄露
第一节 余热资源概述
❖ 可回收的能量叫做余能资源，其中以热能形式回 收的能量叫做余热资源。目前习惯上把余能资源 统称为余热资源，余热资源由余热和重热两部分 组成。
❖ 余热资源是工矿企业中一种很普通的二次能源， 它在工业能耗中占有相当大的比重。过去许多余 热资源未能得到合理的利用，浪费现象十分惊人。 在能源日趋紧张的今天，如何合理地、 有效地 进行余热资源的回收将是一件十分紧迫的大事情。
▪ 光化学烟雾：碳氢化合物在阳光作用下与 氮氧化合物相互作用而形成的烟雾
▪ 氟化氢：含氟矿石冶炼或者加热中产生的
▪ 若大气污染物是从污染源直接排出的原始物质， 则称为一次污染物。若是由一次污染物与大气中 原有成分或几种一次污染物之间经过一系列化学 或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的 新污染物， 则称为二次污染物。在大气污染中，
▪ 飘尘中除了碳粒外，还有灰粒，灰粒是燃烧中的 不可燃物质，含量最多的是二氧化硅、三氧化铝， 少量的氧化铁、氧化钙，以及微量的金属微粒。
▪ 轧钢加热炉炉子温度在1150-1350℃，有推 钢式和步进式之分。其规模大小不一，大 的每小时一二百吨， 小的只有数吨。通常
烧油或气， 包括低热值煤气。烧油时，废
噪声污染
▪ 随着近代工业的发展，环境污染也随着产生，噪 声污染就是环境污染的一种，已经成为对人类的 一大危害。噪声污染与水污染、大气污染被看成 是世界范围内三个主要环境问题。
▪ 噪声污染按声源的机械特点可分为：气体扰动产 生的噪声、固体振动产生的噪声、液体撞击产生 的噪声以及电磁作用产生的电磁噪声。
▪ 要较大幅度降低NOx的排放量， 需要采用设计性 能良好的低NOx燃烧器。目前国外已采用了多种 低NOx型燃烧器， 它们的机理主要是采用分级火 焰、延迟混合、烟气再循环以及它们的复合形式。
▪ 低NOx燃烧技术
低NOx燃烧技术包括抑制NOx生成的 运行方式、抑制NOx的燃烧技术和低燃烧 器。
▪ 低NOx运行方式可以通过下述各种措施来 实现： 采用低过量空气系统运行；降低热 风温度；增加烟气再循环；改变多只燃烧 器各层喷嘴的燃料量和配风情况；对油炉 进行喷水或喷蒸汽等。
受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸烟雾和光 化学烟雾等。
▪ 硫酸烟雾为大气中的二氧化硫等硫化物， 在有水 雾、 含重金属的飘尘或氮氧化物存在时， 发生
一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸 盐气溶胶。光化学烟雾是在阳光照射下大气中的 氮氧化物、 碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列 化学反应而生成的蓝色烟雾，其主要成分有臭氧、 过氧乙酰基硝酸酯 (PAN)、 酮类及醛类等。
ห้องสมุดไป่ตู้ 喷吹天然气
在一些天然气丰富地区，高炉喷吹天然气从 经济上也是合算的，特别当追求高产时，天然气 加富氧喷吹对在提高产量的同时大幅度降低焦比 有明显的成效。
▪ 喷吹水煤浆
水煤浆因其制备和输送设备投资低于喷煤系 统且无爆炸之虞而受到重视。（水煤浆是一种由 70％左右的煤粉，30％左右的水和少量药剂混合 制备而成的液体，可以象油一样泵送、雾化、储 运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。它改 变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节 能优势。 ）
▪ 电除尘器工作原理 电除尘器的原理是含尘烟气通过高压电
场时，与电极间的正、负离子和电子发生 碰撞或在离子扩散运动中荷电，带上电子 和离子的尘粒在电场力的作用下向异极性 电极运动并吸附在异极性电极上，通过振 打等方式使电极上的灰尘落入集灰器中。
实践证明：静电场强度越高，电除尘器
的效果越好；且以负电晕捕集灰尘之效果 最好；所以，本类设备设计为高压负电晕 电极结构型式。
炼铁高炉是钢铁联合企业中的耗能大户，而高炉节 能的重点在于降低焦比或燃料比。高炉节能技术主要有：
❖ 产品重热是指炉窑中被加热工件本身所含有的 可回收热量， 例如钢厂炼钢炉冶炼出来的钢
水和钢锭、炼焦厂生产的赤焦等所含有的热量。 通常，钢锭的温度范围为1200-1500℃，赤焦 的温度范围为1000-1200℃， 分块压延的金属 材料温度范围为1000-1100℃。显而易见，这 些工件都含有大量的显热。
▪ 工业噪声指工厂的各种设备产生的噪声。工业噪 声的声级一般较高，对工人及周围居民带来较大 的影响
▪ 氨的氧化物(NOx) 锅炉工业炉窑排烟中的氮氧化物也是主要的
污染物质。它是最难处理的有害气体。 燃烧燃料所产生的氮的氧化物主要是一氧化
氮气是(N(后 有ON)， 毒O。)很 气，快 体二地 ，氧被其化氧中氮化(N(成ONO2()N的2)O很毒2)少性。。很(不N大O过，)(和大N(O大N)O排高2到)于都大 在燃烧过程中产生的氮氧化物主要来自两个
▪ 1.提高废钢比
通常电炉以100%废钢为原料，而转炉 却以高炉或化铁炉铁水为主要原料，适当 地加入一定比率的废钢。
若以矿石炼成的铁水作原料时，吨钢 总能耗达23.33GJ；而以废钢为原料时， 吨钢总能耗仅6.42GJ，两者相差甚巨。
烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃， 经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制 成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦 得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生 的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重 要的有机合成工业原料。 焦炉用于使煤炭化以生产焦炭。 其主要节能措施有如下几个方面： ▪ 回收焦炭的显热
方面： 一是助燃空气中带来的氮，在高温下与氧 反应而生成的 ，它被称为 “热力型NO (Thermal NO)” ； 二是来自燃料中固有的氮化合物，经过 复杂的化学反应而生成的氮的氧化物， 称为 “燃料型NO” (Fuel NO)。这两部分氮的氧化物 的形成机理是不相同的。
▪ 烟尘按其粒径大小可分为降尘和飘尘两种。粒径 在10μm以上容易沉降的称为降尘。小于10μm的 因粒径小而长期飘浮在空中，称为飘尘，其中 0.05-1μm的极细粉尘根本就不沉降，长期飘浮 在空中，它是由燃料中的挥发物在高温缺氧状况 下分解游离出来的碳粒。这些碳粒从烟囱排出， 就会出现滚滚黑烟，污染环境。
▪ 旋风除尘器的工作原理 ▪ 旋风除尘器的结构由进气口、圆筒体、圆锥体、
排气管和排尘装置组成。 ▪ 旋风除尘器的工作原理如图所示。当含尘气流由
切线进口进入除尘器后，气流在除尘器内作旋转 运动，气流中的尘粒在离心力作用下向外壁移动， 到达壁面，并在气流和重力作用下沿壁落入灰斗 而达到分离的目的。 ▪ 它具有结构简单，体积较小，不需特殊的附属设 备，造价较低．阻力中等，器内无运动部件，操 作维修方便等优点。旋风除尘器一般用于捕集515微米以上的颗粒．除尘效率可达80％以上，近 年来经改进后的特制旋风除尘器．其除尘效率可 达95％以上。旋风除尘器的缺点是捕集微粒小于 5微米的效率不高．
▪ 喷吹各种燃料
从高炉风口喷吹燃料的目的是用廉价的燃料 （煤粉、重油、天然气等）部分替代价格昂贵的 焦炭。重点大中型钢铁企业的喷煤比：2000年平 均为118千克/吨。
▪ 喷煤
随着天然气和重油价格的上涨和对环保的严 格苛求，因此大量推广喷煤技术是必然趋向。伯 利恒钢铁公司伯恩斯钢厂投资1.04亿美元在C高 炉（2976M3）安装喷煤设备。计划喷煤从最初时 的113kg/t铁， 直达181kg/t铁，同时减少天然气 和焦炭的用量。
蓄热式燃烧加热炉工作原理示意图
蓄热燃烧技术原理
蓄热式高温空气贫氧燃烧技术的工作原理 如图所示。常温空气由鼓风机送入，在通过已 蓄热的燃烧器蓄热体时被迅速加热至高温，温 度一般可高到仅比炉膛温度低100 ℃左右。如 此高温的空气喷入炉膛时将卷吸燃料气形成贫 氧（2%-20%）的高温气流，燃料就在这种贫 氧的气氛下燃烧，并将热量传递给被加热的工 质。 与此同时，高温烟气从炉膛另一侧流出， 将热量传递给蓄热体，降温后经换向阀、引风 机、烟囱排入大气。换向阀按一定的频率切换， 使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工 作。
热污染
▪ 热污染是指现代工业生产和生活中排放的废热所 造成的环境污染。热污染可以污染大气和水体。 火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的 热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产 性废水中均含有大量废热。这些废热排入地面水 体之后，能使水温升高。在工业发达的美国，每 天所排放的冷却用水达4．5亿立方米，接近全国 用水量的1/3；废热水含热量约2500亿千卡，足 够2.5亿立方米的水温升高10℃。
气中虽含有一定量的SO2， 但一般认为还 是属于清洁气流。所以这类炉子几乎都有 余热回收装置， 大多是对流金属管式换热
装置和余热锅炉 ， 余热利用率约为20%。 少数间歇式炉子，其烟气余热用于加热物 料。所用各种换热型式， 效率差别较大。
转炉炼钢过程中最大的节能潜力一是 提高废钢比，二是回收吹炼时发生的富含 CO的煤气及其显热，即所谓OG（Oxygen Gas process）。
烟气除尘
▪ 除尘器按其作用原理可分为： 机械式除尘 器（重力沉降室、 惯性除尘器、 旋风除尘 器） ， 湿式除尘器 （冲击式除尘器、 泡 沫除尘器、 文氏管水膜除尘器、 喷雾式除 尘器） ， 过滤式除尘器 （袋式除尘器、 颗粒层除尘器） 和静电除尘器。
▪ 浓淡燃烧。在装有多只燃烧器的大型锅炉上，把 燃烧器分成两组：一组 （下层） 使其燃料过量 （富粉） ，另一组 （上层） 使其空气过量 （贫 粉） 。这样，前者在低氧状态下燃烧，后者因空 气过量， 燃烧温度不高，就使总的NOx生成减少。
▪ 高炉
高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂 （石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的 空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然 气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧 化碳，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得 到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和 石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从 炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉 等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产高炉 渣和高炉煤气 。