一种基于气体燃料的加热炉低NOx燃烧控制方法与流程

本发明涉及热工节能技术领域，特别涉及一种基于气体燃料的加热炉低nox燃烧控制方法。

背景技术：

nox作为重点控制的污染物之一，是引发酸雨和光化学烟雾的主要污染源，对人类的身体健康、各种农作物和生态环境都造成了极大的危害。随着新环保法的实施，对于钢铁企业气体排放的要求越来越严格，按钢铁企业超低排放标准，轧钢工序加热炉及热处理炉的指标nox低至150mg/nm³。

钢铁行业中的nox主要来自于燃料燃烧过程，主要包括煤的燃烧、焦炭的燃烧、燃料油的燃烧及工业二次煤气的燃烧产生，在高温条件下燃料中的n⁺、n2、助燃空气中的n2在高温的作用下生成no、n2o、no2以及少量的n2o3、n2o4、n2o5。固体燃料的n化合物较多，生成的烟气受燃料氮影响严重nox生成量较高，一般需要在后期进行烟气脱硝处理，而工业煤气制备过程通过精脱硫工艺，燃料氮降低较低水平，只需在燃烧过程中控制热力氮的产生即可实现nox的低水平要求。

专利cn201811208892.9一种全预混式无焰燃烧低氮燃烧器，公开了燃烧器内设有朝向燃烧筒内侧延伸的燃烧网内衬，燃烧网内衬朝向燃烧筒外侧的一面设有燃烧网。在燃烧网内衬上设置燃烧网，使空气和天然气的预混气体经过燃烧网时，能够均匀的从燃烧网上穿过，使预混气体在燃烧网的表面均匀燃烧，避免燃烧筒产生局部高温，保证燃烧器的正常运行。单纯通过燃烧网分散火焰，现有空煤气预热达到一定温度，火焰的组织不取决于混合，只取决于流速，该方式无法有效降低火焰的集中燃烧。

减少焦炉氮氧化物产生的装置及方法,将焦炉的废气通道中的废气抽出并强制送入到焦炉的空气通道中与空气混合；用废气稀释空气中的氧含量。本发明不用改变焦炉的内部结构，能显著降低废气的氮氧化物浓度和氮氧化物绝对排放量，改善企业周边大气环境。降低空气氧含量可以降低热力型nox的生成，但由于o2的降低会造成燃烧的不充分，降低燃料使用效率并增加能耗损失。

专利cn201811155404.2降低氮氧化物排放的辐射管排放系统及方法，公开了将燃烧过程降nox与催化反应降nox结合，两级降低烟气中nox含量，nox含量能够降低至极低水平，极大降低了设备成本。通过催化的方式降低nox含量与后期处理近似，同时燃烧器的改造费用较高，将大幅提高能源成本。

结合以上分析及相关专利的检索成果，降低煤气燃烧的nox含量主要需降低高温区的含氧，降低集中高温区域，同时必须兼顾生产成本及炉窑效率。而对于轧钢加热炉来说，加热区域分为高、中、低温三段或更多加热段，完全可以通过采用合理的控制方法，控制nox的生成条件，进而实现低nox燃烧。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于气体燃料的加热炉低nox燃烧控制方法，降低烟气nox的生成，同时降低燃料的消耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于气体燃料的加热炉低nox燃烧控制方法，控制加热炉各燃烧段的气氛，使高温段剩余的燃料在低温加热段二次燃烧，具体步骤包括：

1)控制均热段炉膛气氛为弱氧化性气氛，均热段空气过剩系数为1.05～1.2，煤气热负荷占加热炉全部热负荷的10％～20％，炉膛压力0～10pa；使燃料在均热段完全燃烧，烟气中不含co；

2)控制高温段内各加热段炉膛气氛为还原性气氛，与均热段相邻的首个加热段空气过剩系数不小于0.6，沿烟气走行方向，每个加热段依次提高空气过剩系数0.1～0.2，高温段的煤气热负荷占加热炉总体负荷60％～80％，段内各加热段的煤气热负荷平均分配，高温段炉膛压力10～20pa，使高温段进低温加热段的烟气中co含量为3％～10％；

3)控制一加热段炉膛气氛为还原性气氛，空气过剩系数为0.9～1.1，煤气热负荷占加热炉全部热负荷的10％～20％，炉膛压力10～20pa；使低温加热段烟气中co含量不大于1.5％；

4)预热段增设空气喷嘴，当预热段烟气中co含量＞1％时，开启空气喷嘴将残余的co燃烧，直至co含量为0时关闭，保证预热段空气过剩系数大于1.2，炉膛压力0～10pa。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过合理控制加热炉各段气氛，减少高温段烟气nox的生成，同时将剩余的燃料通过低温段燃烧，提高钢坯吸热效率，减少加热炉的不完全燃烧损失，实现加热炉的节能环保燃烧控制技术。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为不同空气过剩系数a生成nox图。

图中：烟气成分检测点(1-5)、空气喷嘴6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1，加热炉包括预热段、一加热段、二加热段、三加热段、均热段，在各燃烧段之间设有烟气成分检测点(1-4)。在预热段上设有在预热段炉顶设置空气喷嘴5。

加热炉各燃烧段控制参数见下表：

实施例1：

某大型厂轨梁加热炉，设计产量120t/h，产品主要以大型型钢、重轨钢、异型钢为主，坯料为380mm×280mm大型方坯，加热炉长35m，热装率70％以上。供热结构为预热段、一加热段、二加热段、三加热段、均热段，由于加热炉的长度较短，长期处于强化加热状态，二加热段温度设定1350℃以上，均热段温度设定1300℃以上，由于加热炉的温度较高，造成排烟nox超标，nox达到350mg/nm³以上，同时燃耗达到1.25gj/t(热装700℃以上)。

改进轨梁加热炉控制方法，设定均热段煤气热负荷2500～2800nm³/h，空燃比2：1，空气过剩系数1.05，炉膛压力5pa，1烟气检测点检测烟气中不含有co。

三加热段煤气热负荷7000～7200nm³/h，空燃比1.65：1，空气过剩系数0.75，炉膛压力15pa，2检测点检测烟气中co含量6％。

二加热段煤气热负荷6000～6500nm³/h，空燃比1.8：1，空气过剩系数0.85，炉膛压力15pa，3检测点检测烟气中co含量3.5％。

一加热段煤气热负荷1500～2000nm³/h，空燃比2.2：1，空气过剩系数1.2，炉膛压力5pa。4检测点检测烟气中不含有co。

检测点4的co为零的情况下，预热段关闭空气喷口，不供入多余空气。

产量不变的条件下测试单耗达到1.12gj/t，测试nox降至200mg/nm³以下。

实施例2：

某热轧厂板坯加热炉，设计产量250t/h，产品主要以热轧带钢、硅钢等，坯料为10000mm×1280mm×230mm大型板坯，加热炉长45m，热装率30％以上。供热结构为预热段、一加热段、二加热段、三加热段、均热段，由于加热炉的热装率低，加热温度较高，热段温度设定1320℃以上，均热段温度设定1280℃以上，由于加热炉的温度较高，造成排烟nox超标，达到320mg/nm³以上，同时燃耗达到1.42gj/t(冷装)。

改进板坯加热炉控制方法，设定均热段负荷6000～6500nm³/h，空燃比2：1，过剩系数1.05，炉膛压力7pa，1烟气检测点检测烟气中不含有co。

三加热段负荷17000～17200nm³/h，空燃比1.34：1，过剩系数0.71，炉膛压力20pa，2检测点检测烟气中co含量7.2％。

二加热段负荷14000～15000nm³/h，空燃比1.56：1，过剩系数0.81，炉膛压力15pa，3检测点检测烟气中co含量4.5％。

一加热段负荷4000～5000nm³/h，空燃比2.0：1，过剩系数1.08，炉膛压力5pa。4检测点检测烟气中co含量1.3％。

预热段开启空气喷嘴，供入8800nm³/h以上空气，炉膛压力10pa。5检测点检测烟气中中不含有co。

产量不变的条件下测试单耗达到1.33gj/t，测试nox降至220mg/nm³以下。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行改进与修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。