高烟气循环W型辐射管烧嘴研究.pdf

收稿日期:作者简介:徐家强()硕士/工程师.高烟气循环 型辐射管烧嘴研究徐家强 李明明 曾伟龙 高 阳(中冶南方(武汉)热工有限公司 广西钢铁集团有限公司)摘 要 为了提高热效率、优化辐射管表面温度均匀性及降低 排放 文章设计了一款双行程换热高烟气循环 型辐射管烧嘴 并搭建了实验平台 进行了大量实验研究 得出以下结论:得益双行程管式换热 空气预热温度在 以上 满负荷时预热温度可达 设计的卷吸结构能够卷吸大量烟气 使助燃空气氧含量低至 辐射管表面最大温差小于 排放低于 关键词 型辐射管烧嘴 温度均匀性 烟气再循环 文献标识码:文章编号:()().).:.随着科技快速发展 硅钢、热镀锌等高性能钢材需求不断增大 生产质量要求较高的特种钢材的辐射管加热炉得到大量应用 其中 型辐射 管 因 辐 射 管 面 积 更 大 等 优 点 被 广 泛 应用 同时 目前正处于双碳目标攻坚期、窗口期 对辐射管加热炉的技术进步提出了严格且迫切的要求 因此 如何改进燃烧器、提升 型辐射管性能成了亟待解决的问题从辐射管问世至今的 余年里 为了提高辐射管燃烧器性能 众多学者及工程师提出了包括自预热、提高空燃气流速、分级燃烧和烟气再循环等技术 文章设计了一款双行程换热高烟气循环 型辐射管烧嘴 并在自行搭建的实验平台上 进行了大量实验研究 量化分析了烧嘴性能 冶 金 能 源 建立实验平台为了系统分析辐射管燃烧器性能搭建了相应实验平台系统 该系统主要包括:实验炉、辐射管燃烧装置、空气及燃气供给系统、点火系统和排烟系统 如图 所示图 实验平台系统 核心设备为双行程换热高烟气循环 型辐射管烧嘴 由主烧嘴和换热器组成 中间通过膨胀节及管道相连 冷空气自换热器下端空气入口进入 经过双行程换热后从喷射口高速喷出 卷吸周围大量烟气经膨胀节、连接管道返回主烧嘴参与燃烧 烟气循环率达到了 以上 现有主流烧嘴烟气循环率为 左右专用 型辐射管实验炉外壳为钢结构 贴耐火纤维板 并铺设陶瓷纤维毯 实验炉的左侧炉墙、右侧炉墙和辐射管末端墙处分别设置 个、个和 个窥视孔 用于观测炉内 型辐射管的升温情况 同时兼作热电偶和红外测温仪的测温孔 炉膛温度由伸入炉膛内的两只热电偶测量 取平均值 测温点分布如图 所示 实验采集系统主要测量项目和所需仪器见表 实验研究及分析 燃烧升温实验由于烟气循环率达到了 以上 助燃空气氧含量仅为 故当炉温较低时 火焰稳定性较差 无法在冷态下高负荷运行 应采取缓慢升温策略 冷态工况下 以 功率点燃烧嘴 随后缓慢提高功率 待炉温升至 时 关闭预混空气 随着炉温升高 继续逐步提高功率 直至额定功率运行 如图 所示图 测温点分布冶 金 能 源 表 实验的测量项目和测量仪器项目仪器备注环境温度温度计炉膛温度热电偶 型 辐射管表面温度红外测温仪、红外热成像摄像机 、排烟温度(换热器后)热电偶 型 助燃空气及天然气压力数字压力计助燃空气及天然气流量 转子流量计烟气成分烟气综合分析仪 点火控制器电流控制器 图 升温实验曲线 由图 可知 整个点火升温过程较为曲折且火焰稳定性高度依赖炉温 功率提升过快 会导致火焰熄灭 因此 对于高烟气循环烧嘴而言 冷态时火焰稳定性不佳 需结合炉温精准调控烧嘴功率 辐射管表面温度均匀性升温过程中 不同炉温下辐射管表面温度分布如图 所示 炉体内部陶瓷纤维毯阻挡了 号及 号测温孔 因此有效测温数据为 号、号、号、号、号、号、号、号、号、号、号测温点的温度 号测温点温度最高 号测温点温度最低 号测温点温度变化异常 这是由于辐射管尾端的安装架结构挡住了测温孔 随着升温时间的推移 炉温升高辐射管表面温度分布曲线愈发平缓 即温度分布更加均匀 辐射管表面最大温差 由 降至 污染物排放为了了解该烧嘴的排放性能 对不同功率下烧嘴出口处的烟气成分进行了详细分析 如表 所示 在不同功率下 烧嘴都能够实现燃烧产物的完全燃烧 烟气中 含量均低于 随着功率增大 炉温升高 排烟温度从 逐图 不同炉温下辐射管表面温度分布表 烟气成分分析煤气流量/()功率/主空气流量/()烟气成分/排烟温度/冶 金 能 源 渐升至 烟气中 排放均在 以下 远低于国家规定的污染物排放标准 空气预热能力为了了解该烧嘴的空气预热能力及卷吸烟气能力 研究了不同功率下助燃空气成分及温度变化规律 如表 所示表 助燃空气成分分析煤气流量/()功率/主空气流量/()助燃空气成分/预热温度/点火初期 为保证火焰稳定性 需适当降低主空气流量 减小烟气卷吸量 当炉温升高后加大主空气供给 烟气卷吸量增大 助燃空气中含氧量在 之间变化 由于卷吸的烟气显著稀释了助燃空气 避免了燃烧产生的局部高温区 进一步降低了 排放 此外烟气卷吸量增大 空气预热温度大幅度提高 均在 以上 满负荷时甚至达到了 结论文章进行了大量实验 对该双行程换热高烟气循环 型辐射管烧嘴性能进行了系统研究得到结论如下:()对于烟气卷吸能力较大的烧嘴 冷态点火时需要考虑通入预混空气 以获得较好的点火性能 提高火焰稳定性 待炉温升高后再切断预混空气供应()烟气卷吸量增大 助燃空气中氧含量最低可降至 ()系统稳定运行后 辐射管表面最大温差能够控制在 以内()在不同功率下 烧嘴都能够实现燃烧产物的完全燃烧 且污染物排放量较低 烟气中 含量低于 含量低于 空气预热温度均在 以上参考文献 高仲龙 蒋大强 带钢加热用辐射管.工业加热 ():徐家强 宋中华 潘妮 等 连退炉用 型辐射管内无 焰 燃 烧 的 数 值 模 拟 .钢 铁 ():刘顺明 李洋龙 侯大伟 等 连续退火炉 型辐射管破损调研及优化措施.钢铁 ():王骏 王庆 硅钢连退机组辐射管加热段数值模拟.冶金能源 ():王宏宇 程奇伯 张道明 等 大功率双 型燃气辐射管的实验及仿真.冶金能源 ():高阳 秦凤华 李明明 超低 排放自身预热式型辐射管烧嘴热态实验研究.冶金能源 ():郭坛 浅谈冷轧硅钢连续退火炉的设计及应用.工业炉 ():中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 年远景目标纲要(草案)摘编.人民日报 ()刘长春 徐邵亮 杨元博 单端辐射管研究进展及发展方向.工业炉 ():.:徐家强 董亮 郑晓龙 等 辐射管燃烧器实现 燃 烧 的 结 构 优 化 研 究 .冶 金 能 源 ():赵 艳编辑冶 金 能 源