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1、工业加热炉的操作及节能的若干问题,内容简介 一 过剩空气系数的控制 二 关于CO含量控制及相关制约因素 三 排烟温度对加热炉热效率的影响 四 露点腐蚀问题 五 炉膛负压对加热炉效率的影响,一 过剩空气系数的控制,1.1 过剩空气系数及其影响 过剩空气系数代表的含义为实际入炉空气量与理论空气用量之比。 显然，过大将导致以下问题： 入炉空气太多，炉膛温度降低；烟气黑度下降，影响传热效果。 烟气量增大，热损失增加，热效率下降。 烟气中过量氧气使炉管表面氧化，缩短炉管寿命。 过小，使燃烧不充分，热效率下降。,这要受设备、自动化程度、操作者等多种因素影响。 就国内而言，对气体燃料=1.11.2，而对液体
2、燃料=1.21.3。 在考查炉子的过剩空气系数时，采用准确的测量计算方法是：,1.2 过剩空气系数的控制指标,式中O2、CO2、CO、SO2、H2、CH4 分别为干烟气中相应成分的体积百分数。,1.2 过剩空气系数的控制指标,烟气中氧浓度与过剩空气量关系,如果已知烟气只氧含量,则初估的方法见图.,及时调节风门挡板和烟道挡板以维持炉膛内的设计负压。 加热炉低负荷工作时，可关闭一些燃烧器，使其余燃烧器工作在接近设计负荷下。 将关闭的燃烧器通风器关掉。 密封所有的孔(包括看火孔)、洞、门和对流室的封头箱。,在降低过剩空气系数方面，可以做以下工作：,1.3 如何降低过剩空气系数,多火嘴燃烧时，控制各个
3、火嘴空气供量相等（这对于小于1.05时更重要）。 根据燃烧器的操作特性决定值的大小。 适当增大一次空气，减少二次空气。这可改进空气与燃料的混合。但注意过大的一次空气将使火焰脱离燃烧器顶端。 防止氧气进入燃料气系统，否则氧与其中的硫化氢反应生成硫沉积物堵塞燃烧器，促使过大。,2.1 CO的来源及影响 CO的来源主要有两个：燃料气中，本身就含有一部分CO；CO是燃烧反应的一种中间产物。 干燥的CO着火温度为660740； 当约有2%水蒸气存在时，它在600640就可着火。 炉膛内的温度一般均超过700，所以CO只要能和O2混合就可迅速烧掉。如果在烟气出口处仍发现有CO，一定是与空气混合不良。,二
4、关于CO含量控制及相关制约因素,许多情况下，炉子对流室烟气温度也超过700，这里的管束又起着扰动作用，若该区域仍有CO，它还将继续燃烧，这叫后期燃烧，将导致对流管壁温度过高而烧毁。,2.1 CO的来源及影响,CO与燃料耗量的关系（自然通风炉）见图。 可以看出B点为最高效率点，此处的CO含量在100150 ppm（如果在可操作范围内燃烧空气量取大值，则CO含量为25ppm）。 若空气量超过B点继续减少，则CO含量急剧上升，燃料耗量将大大提高。,2.2 CO的控制,在B点操作时，可能滑入燃烧不完全区，故可靠的方法是在C点操作。作为一个控制指标，烟囱的烟气取样口处CO 浓度小于150ppm。 CO含
5、量高可能有以下多种原因： 燃烧空气不足； 燃烧器部分不洁净,有堵塞； 燃油的雾化状况不良，等等。,2.2 CO的控制,三 排烟温度对加热炉热效率的影响,3.1 排烟温度及其影响因素 排烟温度指烟气出对流室的温度，它是一个与热效率密切相关的指标。 若排烟温度高，相同烟气量情况下，烟气带走热量多，热效率自然下降。反之，我们设法降低它，才能得到较高的热效率。但是，这种降低不是无限的，它要受露点腐蚀的限制。,可以从以下三个方面看排烟温度与热效率关系。 在不同排烟温度下，它对热效率的影响是不同的。 比如，排烟温度为200时，过剩空气系数每增大0.1，全炉热效率将下降约0.75%。而且排烟温度越高，过剩空
6、气带走的热量越多，对热效率的影响越大。 具体在不同排烟温度下，过剩空气系数每增加0.1对热效率下降值的影响见图2。,3.1 排烟温度及其影响因素,3.1 排烟温度及其影响因素,图2 排烟温度与热效率下降值的关系,在过剩空气系数值较小时，随排烟温度的增加，热效率下降的幅度要小一些。温度每升高30，热效率将下降1.33%左右。当过剩空气系数值较大时，这个变化幅度将加大到1.67%左右。,3.1 排烟温度及其影响因素,从燃料消耗来看，排烟温度每降低19，可以节省燃料1%。,正常情况下，炉子的排烟温度多少比较合适呢？ 该指标不是一个确定的数值。 通常情况下，它近似高于工艺流体入对流室温度56。也有文献
7、介绍称，不管SO3的计算露点是多少，根据经验此值最小要149177。,3.2 排烟温度控制指标和降低方法,应该注意，还应该结合露点腐蚀来综合考虑。 要想降低排烟温度可以采用 及时地用吹灰机或蒸汽吹灰枪清扫对流室的炉管。 采用新型空气预热器。 增加对流室内的管排，等等,3.2 排烟温度控制指标和降低方法,在过去的加热炉设计中，烟气与被加热流体间的温差一般在100150中选取，随着节能要求提高，通过对流室内采用翅片管、钉头管和高效吹灰器等办法，可以将该温差缩小到50左右。与过去采用的温差相比，可将加热炉热效率提高26% 。,3.2 排烟温度控制指标和降低方法,4.1 露点腐蚀原因及结果 燃料油或燃
8、料气中一般均含有少量的硫，硫燃烧后全部生成SO2。由于燃烧室中有过量氧气的存在，就会有少量的SO2进一步氧化成为SO3。 在高温烟气中SO3气体不腐蚀金属；当烟气温度降到400以下，SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸汽。 当硫酸蒸汽凝结到炉子顶部空气预热器、余热锅炉等余热回收设备的换热面上时，就会产生强烈的低温硫酸腐蚀。甚至在不到一年的时间内，换热面就严重腐蚀穿孔。,四 露点腐蚀问题,由于低温露点腐蚀而产生的问题: 使加热炉不能正常运行； 凝结的硫酸液体粘附烟气中灰尘形成不易脱除的积垢，使烟气通道不畅甚至堵塞。,4.1 露点腐蚀原因及结果,4.2 露点温度的机理,SO2转化为SO3的机理 关于此，
9、有两种理论，即 原子氧氧化理论 分子氧氧化理论 其中使用居多的为分子氧氧化理论。它认为反应如下 SO2 + 0.5 O2 SO3 + 96.3 KJ/mol 这是一个可逆放热反应。显然，降低温度时，平衡会向生成SO3的方向移动。 SO3 生成速率有以下特点。,4.2 露点温度的机理,(A)烟气中SO3量与运转时间的关系 下面给出一个含硫量均为2.45%的燃料、烟气中O2含量为12 % 时三种燃料在同一加热炉中燃烧时，烟气中SO3量与运转时间的关系。,4.2 露点温度的机理,总体上来看，随开工时间的增加，烟气中SO3量将增加。 这是因为上述反应是在换热表面上的铁、钒等作为催化剂的情况下进行的，腐
10、蚀程度越大催化剂暴露越多,反应越快。 但不同燃料，即使其含硫量相等，烟气中SO3量也不一定相等。因为燃料中的灰分对这个催化反应有减缓、抑制的作用，而灰分在不同燃料中组成可能不同。,4.2 露点温度的机理,(B) 过剩空气系数与SO3转化率的关系 若定义SO3的转化率为,则过剩空气系数上升时，也随着上升。具体变化情况见下图。,4.2 露点温度的机理,4.2 露点温度的机理,(C) 燃料含硫量与SO3转化率间关系 一般来说，随着燃料油中含硫量的增加，SO3的转化率呈下降趋势。,4.2 露点温度的机理,(D) 烟气中水蒸气含量与SO3含量、露点温度间的关系 这个关系较为复杂。 一般地说，烟气中水蒸气
11、含量增大，则烟气中SO3含量增大。 在以燃油为主的加热炉中，烟气中水蒸气体积含量一般为1012 %，基本为定值，故露点温度主要随SO3含量增加而升高(这样的关系有图表可查) 。 烟气中的水蒸气含量由10% 提高到18%时，露点升高8左右。,4.3 露点温度的计算,由于影响因素较多，而各因素又与实际操作条件有关，所以用理论方法作准确预测是困难的。一般情况下，可采用经验方法去做。对正在运行的炉子，可用露点计测定,4.3 露点温度的计算,根据烟气组分求露点温度的经验方法具体步骤如下: 通过燃烧计算得出烟气中SO2量； 根据和燃料含硫量，由前图查出烟气中SO3体积含量； 求烟气中的水蒸气含量； 根据水
12、蒸气体积含量和SO3转化率查图得露点温度；,5.1负压的产生 炉膛及烟囱内的烟气温度高，所以其密度比空气小，就会向上流动，形成了炉内轻微的负压。由于这个负压存在，燃烧空气才得以吸入燃烧器帮助燃烧。 因为烟气在通过对流室和烟囱时会有阻力存在，故我们要有足够的烟囱高度，在克服这些阻力之后仍保持这个负压。 实际上，控制负压是为保证炉内燃烧充分的一个指标。负压产生有几种情况,五 炉膛负压对加热炉效率的影响,自然通风式 ( ND) ：烟囱越高，抽力（负压）越大。 强制通风式 ( FD) ：用风机提供燃烧空气，仍需烟囱高度产生抽力。 诱导通风式 ( ID ) ：用引风机将烟气排出炉外，所产生的负压来保证足
13、够的燃烧空气。 平衡通风式 ( FD + ID ) ：大部分空气预热装置为这种类型。,5.1负压的产生,图3表示炉内沿垂直方向上的压力分布，搞清楚可以更好地把握负压点的测量。可以看出：烟囱挡板稍后一点的地方，负压值最大； 对流室中段部分负压次之；火嘴处负压再次之；辐射室出口负压最小。,5.2 负压的分布,5.2 负压的分布,负压太大，将漏入大量冷空气，使热量损失增加，炉子热效率下降； 负压太小，炉膛容易向外喷火，高温烟气向炉体外泄漏，加大燃料消耗，影响环境卫生，影响设备安全，影响操作人员安全。 现在一般地控制指标为：辐射室顶部负压值为-20-30Pa。 ND型炉和FD型炉采用烟道挡板调节；ID
14、型炉采用引风机入口挡板调节；,5.3 一般的控制指标和方法,自控流程中采用负压做控制指标并不是十分成功。因为现有情况下，大多数炉子的密封状况不好，漏人空气过多，导致炉压力接近于常压。 若炉子有空气预热系统，挡板的操作将更苛刻。这时需要动作快且关得紧的挡板。 挡板在每次停工时都要仔细检查。平时最少每两周检查一次。 必须将测压计得到的读数相对于测点标高进行校正。,5.4 注意事项,多烧瓦斯少烧油 原因 (1) 大量统计表明，这种方式的改变可以提高效率0.5% (2)瓦斯的重量发热值大于燃油的重量发热值。 耐火纤维喷涂的应用 原因（1）整体性好 （2）减少了铆用件的使用 使密封性能大大提高,6 其它实践,3 应用新型声波吹灰器 4 改造燃料油系统 ,保证燃料油压力稳定 5 使用高效燃烧喷嘴 6 改进自控系统和水平。,6 其它实践,
