解冻库高炉煤气燃烧的稳定性和安全性

2014-12-04邹克武倪红兵

承德石油高等专科学校学报 2014年1期

李明，邹克武，倪红兵

(承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德 067000)

持续稳定的燃烧高炉煤气是保证解冻库安全的主要因素，所以说研究高炉煤气的燃烧性能对解冻库的安全具有重要意义。解冻库中燃烧高炉煤气是一个包含热量传递、化学反应、能量转化等多个复杂而多变的过程。高炉煤气燃烧的稳定性主要包括两个方面:一是高炉煤气是否容易着火，二是高炉煤气在着火后的燃烧效果。合理燃烧高炉煤气应该是点火迅速、火焰传播速度快、分布的区域广、燃烧火焰剧烈和充分［1］。

1 高炉煤气稳定燃烧的影响因素及分析

通过对高炉煤气稳定燃烧的机理进行研究，并对现场运行的实际情况分析可以得到，影响全燃高炉煤气的解冻库中煤气燃烧稳定性主要因素有:1)高炉煤气成分;2)高炉煤气的初温;3)送风空气量。

1.1 高炉煤气成分组成和热值的影响

高炉煤气是一种燃烧热比较低的低热值气体燃料，他的主要可燃成分是少量氢气(H2)和一氧化碳(CO)，其它大部分是氮气(N2)、二氧化碳(CO2)和一些惰性气体，另外还有少量的水，其成分构成如表1所示。

表1 高炉煤气成分

当高炉煤气组成成分变化时燃气的热值也随之改变。当高炉煤气中可燃成分含量减少，高炉煤气的热值也会跟着降低，而且，高炉煤气中随着可燃成分的减少，不可燃成分会相对增加，而N2、惰性气体等不可燃成分在高炉煤气燃烧过程中会吸收一部分燃烧热量，造成高炉煤气燃烧不稳定、不充分甚至还会发生灭火事故［2］。因此高炉煤气热值较低时燃烧会更困难些。

具体地说，由于H2是一种易燃的高热值气体，在高炉煤气中增加H2的含量，可以提高高炉煤气的热值，所以增加H2的含量可以提高高炉煤气燃烧的稳定性。另外惰性气体N2是高炉煤气中主要的不可燃成分，增加N2含量的不仅降低了高炉煤气的热值而且会降低高炉煤气的火焰传播速度，从而影响高炉煤气的燃烧稳定性。高炉煤气中水的含量增加时，水气化与分解将会吸收可燃气体燃烧产生的部分热量，这样高炉煤气点火时所需要的热量也会随之增大，显然这对着火是不利的。因此高炉煤气在进入燃烧室燃烧之前应尽量将水滤尽。

总之，高炉煤气成分的含量变化都会影响高炉煤气的热值，而高炉煤气热值的高低会影响到燃烧的稳定性。

1.2 高炉煤气初温的影响

高炉煤气的温度越高，那么把高炉煤气加热到着火温度所需要的热量越少，减少燃烧时所需的热量，所以，较高的高炉煤气的初温，有利于高炉煤气的着火，提高高炉煤气燃烧的稳定性。

1.3 送风空气量的影响

进入燃烧室的空气量的提高，可以带入更多氧气(O2)，使燃烧更充分。另外，空气温度的提高，可以减少空气在炉膛的吸热量，也是有利于煤气稳定燃烧的一项措施。但是如果空气太多，N2也会加大，从而使燃烧不稳定，容易爆炸或者失火，出现安全事故。

2 高炉煤气燃烧的稳定性和安全性控制

2.1 提高高炉煤气燃烧稳定性的对策

1)控制风机送风空气量

解冻库内的风机一般以电动机作为动力，电动机的启动方式多采用软启动，电动机控制元件主要采用常规电气控制，控制系统一般配备过流、过压等普通保护装置。风机的启停由操作室内操作台控制，操作台安装电流表以监测电动机电流。

根据如图1所示的流程进行燃烧试验，分别改变不同气体的送风量模拟空气与高炉煤气的燃烧状态。

实验中通过控制风机的电流来控制它的转速，使空气与燃气配比成一定的比例。实验表明:当高炉煤气的空气过量系数为0.6～1.0，着火容积浓度界限为35% ～71%时燃烧速度最快［3］。

常温常压下，气体燃料的着火贫限的化学当量比为50%，无论紊流还是层流，火焰气体燃料的浓度位于化学当量比处或稍富一侧，火焰的稳定性最好，传播速度最大［4］。当燃气速度达到150～230 m/s时，燃气流速远大于火焰的传播速度，此时高炉煤气早已脱火，无法正常燃烧，所以应用高炉煤气的解冻库，在配风上保证高炉煤气完全燃烧的前提下采用低过量空气系数的方法，不仅利于稳定燃烧还可减少烟气量，减少排烟损失。

2)提高煤气初温

在解冻库运行中，在燃烧高炉煤气的燃烧室尾部烟道可加设热管式煤气加热器，通过尾部的热量来加热解冻库入口处燃气，使燃气的初温增加，既提高了高炉煤气的进入解冻库前的温度，又降低了解冻库排烟温度，进而提高燃烧稳定性及效率。