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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α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,α过大将导致以下问题:①入炉空气太多,炉膛温度降低;烟气黑度下降,影响传热效果。②烟气量增大,热损失增加,热效率下降。③烟气中过量氧气使炉管表面氧化,缩短炉管寿命。α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α=1.1~1.2,而对液体燃料α=1.2~1.3。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21217905210022422224OCOHCHCOSOOCOHCH.)()(烟气中氧浓度与过剩空气量关系02040608010012014002468101214O2contentinfluegas(dry),%Excessair,%如果已知烟气只氧含量,则初估的方法见图.①及时调节风门挡板和烟道挡板以维持炉膛内的设计负压。②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。③将关闭的燃烧器通风器关掉。④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⑤多火嘴燃烧时,控制各个火嘴空气供量相等(这对于α小于1.05时更重要)。⑥根据燃烧器的操作特性决定α值的大小。⑦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。⑧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α过大。2.1CO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660~740℃;当约有2%水蒸气存在时,它在600~640℃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。2.1CO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100~150ppm(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。2.2CO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含量高可能有以下多种原因:①燃烧空气不足;②燃烧器部分不洁净,有堵塞;③燃油的雾化状况不良,等等。2.2CO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α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α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020040060080010000.51.01.52.02.53.03.5α变化0.1热效率影响值,%排烟温度,℃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℃。也有文献介绍称,不管SO3的计算露点是多少,根据经验此值最小要149~177℃。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①及时地用吹灰机或蒸汽吹灰枪清扫对流室的炉管。②采用新型空气预热器。③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100~150℃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2~6%。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:①使加热炉不能正常运行;②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,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+0.5O2SO3+96.3KJ/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1~2%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。0246810121520253035403---燃料32---燃料21---燃料1321烟气中SO3量,ppm运转时间,月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。SOSOSO3324.2露点温度的机理1.01.11.21.31.41.50.00.51.01.52.02.53.0转化率β,%过剩空气系数α4.2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。0.51.01.52.02.53.03.51.01.52.02.53.03.54.04.5燃料油2燃料油1SO3转化率β,%燃料油含硫量(重),%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10~12%,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①自然通风式(ND):烟囱越高,抽力(负压)越大。②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。③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够的燃烧空气。④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①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。②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。③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。④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1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。2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
本文标题:工业加热炉的操作及节能的若干问题
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