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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,