乳化重油燃烧技术在轧钢加热炉上的应用.docx

唐文武1，2，鄂加强1（1. 中南大学，湖南 长沙 410083；2. 湖南冶金职业技术学院，湖南 株洲 421000）摘要：为了减少燃重油轧钢加热炉有害排放物质对大气环境的污染，采用乳化重油燃烧技术对燃重油轧钢加热炉燃烧系统进行了改造。结果表明，乳化重油燃烧技术可起到节能降耗、改善环境及增加经济效益的作用。 关键词：轧钢加热炉；乳化重油；燃烧中图分类号：TF061；TF054文献标识码：A文章编号：1002-1639(2005)05-00TANG Wen-wu1，2，E Jia-qiang1(1. Central South University, Changsha 410083，China;2. Hunan Metallurgy College of Professional Technology, Zhuzhou 421000，China)：In order to decrease the extent of atmosphere polluted by emission of harmful gases and soot from heavy oil-fired rolling reheatfurnace, ombustion system of heavy oil-fired rolling reheat furnace was redesigned by use of combustion technology of emulsified heavy oil. The results show that the measure has reduced consuming energy and forming amount of the harmful gases.：Rolling reheat furnace；Emulsified heavy oil；Combustion前言对于燃重油轧钢加热炉而言，由于重油在低温下粘 度很大，沥青质、胶质含量高，燃烧时难以充分雾化，表 现为燃烧效率低，烟尘量大，易冒黑烟和易发生燃烧故 障。因此，为了节能降耗，提高生产率，减轻环境污染， 一些降粘燃烧原理如掺水乳化燃烧、掺柴油或劣质油降 粘燃烧或热解燃烧被提出，这为解决此问题指明了改进 方向。但近些年来的研究表明 1 4 ：从工艺投资、经济效 益、燃烧效率以及环境保护等方面综合考虑，重油掺水 乳化燃烧技术用于轧钢加热炉独具优势，具有很重大的 应用价值。重油乳化燃烧特点重油是原油经过常压或减压蒸馏装置提取馏分油后 的残油，或由高温加压裂化蒸发塔底抽出的裂化残油，或 由二者混合、亦或加入适量的裂化残油制成的重质石油 燃料。由于它是一种残油，粘度很大，燃点较高，燃烧 时必须经过预热，降粘才能很好地雾化和着火。重油的 燃烧速度取决于重油的雾化粒径，重油雾化粒径越细，其 与空气的混合就越充分，着火燃烧越完全。而重油能否 雾化良好，除取决于烧嘴状况外还与重油的理化性质有 关，如重油的粘度与表面张力等。重油在燃烧前瞬间喷 散雾化，轻组分蒸发燃烧，较重组分容易积聚成滴，造 成燃点较高。还由于原油分馏出油回收率提高，重油有 逐渐变重的趋势，在低过剩空气系数条件下，目前使用 的许多喷嘴都有雾化不良或燃料与空气混合不好，致使收稿日期：2005-03-15作者简介：唐文武（1968-），男，副教授，中南大学硕士研究生，主要从事节能与环保研究.求随时检索，手动选择显示周期，并将某一炉次或时间段的曲线图打印存档。（4）报表画面：画面中有一个实时数据报表和一 个历史数据报表。实时数据报表显示当前生产的炉次、 工件编号、钢种、设定温度及实时温度等参数。历史 数据报表通过选择工艺变量、时间段及间隔时间来查 询，并可打印出具有日期、时间、变量名及数据值的 完整报表。（5）报警画面：对重要的生产数据如温度、碳势等 都设有报警功能，所有报警按照时间的先后列出，报警 时间、报警类型、报警事件及报警解除时间一目了然，此 外系统启动、登录、退出等事件也会逐条显示，可存储、 查询记录，并分析报警原因。42结语此系统投入运行后，性能稳定、操作方便，功能齐 全、安全可靠，完全达到生产要求。它提高了工厂设备 的技术管理水平，节约人力、物力，提高劳动生产率，改 善工人工作条件和劳动强度，实现生产自动化和科学管 理。即使上位计算机出现故障，仪表及 PLC 仍能保持正 常工作。系统在调试过程中仍存在一些问题，有待今后 加以改进，使其进一步完善。参考文献：1 袁任光. 集散型控制系统应用技术与实例 M. 北京：机械 工业出版社，2003.2 何小阳. 计算机监控原理及技术 M. 重庆：重庆大学出版 社，2003.工业加热第卷年第期加热设备燃烧不完全，出现积碳和烟垢。重油的乳化燃烧就是乳化重油燃烧时包裹在油相中水滴的微爆作用使油的雾化 更细微化，燃烧更完全。同时，烟气中产生大量的高温 水蒸汽，其含量比烧纯燃料时大大增加。水蒸汽的存在 大大强化了轧钢加热炉内气体的辐射传热，使炉子热效 率大幅度提高，从而达到节油的目的。重油是一种复杂的碳氢组分的混合物，若两种以上 不同来源的重渣油混贮，如直馏渣油与催化裂化油或成 品油混贮时，油中处于溶融状态的沥青即析出成固态渣 油沉积于底，或呈沥青胶团悬浮于油中，这对炉内燃烧 质量和设备操作管理极为不利，乳化剂可满足混产混贮 混烧的技术要求。乳化油在高温燃烧条件下，由于水珠 汽化爆炸而使外围油膜进一步分裂为更小的颗粒，形成 再次雾化，使得油和空气混合更加均匀，燃烧迅速且充 分，使雾化不良造成的不完全燃烧现象得到了根本改变。 此外，乳化重油燃烧后产生的过热水蒸汽与高温时燃油 不对称裂解中生成的悬浮碳粒发生如下吸热反应重油加热方式影响重油粘度的重要因素是温度，提高重油温度是 降低其粘度最可行的办法。由于蒸汽加热存在温度波动 大，现在使用的重油标号大多数为 200#以上，重油粘度 大，流动性差，加热控制要求严格。加热温度控制过低， 重油粘度大，喷嘴雾化效果差，燃烧不完全，炉温也不 稳定；加热温度过高，重油容易汽化，造成断火现象。由 于油温不稳定，同时反映油压、油量不稳定，油量波动 瞬时值有时高达 150 kg/h。为此，增设一台 LDY-2 型全 自动电加热器，提高重油加热温度，油温从 80 95 提高到 105 120 ，降低了重油粘度，稳定了油温和 油压，强化了油喷嘴燃烧效果和还原效果。操作程序在专用容器内用冷水按给定量将乳化剂稀释成乳化 白色浆液倒入水箱，打开冷水阀加水至水箱水位线，开 蒸汽阀将水加热至 80 90 ，在水蒸汽的搅动下乳化 剂与水均匀混合。打开联接贮油罐油泵乳化器乳 化油罐管路上的阀门，启动油泵，同时打开水箱出水阀， 按给定的技术参数用水，油流量计控制油水比例。重油 乳化系统示意见图 1。CH2OCOH2水分子与油中析出的碳粒起水煤气反应，产生大量OH 活性中心，促使 CO 燃烧反应加快，从而改善了燃烧 工况，提高了重油完全燃烧程度，减少了烟炱的产生。但 水蒸发时为吸热反应，因此改进炉内燃烧效果，提高热 效率和促进重油的催化燃烧是乳化剂的功能。此外，由于乳化重油燃烧时，油滴中的水要先汽化， 吸收热量，一定程度上降低了烧嘴喷口附近温度，这不 但能使重油在急剧受热到 650 以上时，易发生的不对 称裂化而产生难以燃烧的重碳氢化合物以及游离碳粒的 现象大大减少，冒黑烟现象可以得到一定的控制，而且 也能减少 NOX的生成。轧钢加热炉重油乳化燃烧 添加剂的技术参数 为了使乳化重油在长时间静置条件下不发生油水分离现象，必须借添加足够的乳化剂来达到乳化油的稳定 状态。乳化重油添加剂的主要技术参数为：密度 1.050.5，图 1 轧钢加热炉重油乳化系统示意图经过一段时间的调试，重油乳化系统运转逐渐正常， 能够实现水与乳化剂自动加入，稳定了重油中水和乳化 剂的含量。乳化剂的加入量为 0.3 0.6，水的加入 量为 5 8，避免了人工操作带来的重油中水和乳化 剂含量的不稳定，并且由于增加了重油乳化器使重油乳 化更为充分，增强了重油乳化效果。应用效果针对燃重油轧钢加热炉目前的燃烧状况，采取乳化 重油燃烧技术之后，某轧钢加热炉烟囱排烟林格曼黑度 较治理前有了显著下降，如表 1 所示。加热炉所排放黑 烟经过治理后，烟囱排烟林格曼黑度基本上降到 2 级，达 到了排放标准。动力粘度 1.810 4(Pas（) 20 ）；凝固点它能大大降低油水界面的自由能。 静态乳化装置 乳化工艺流程中的关键设备是静态乳化器，其工作原理是在油泵的工作压力下，将已混有水和乳化剂的重 油压入静态乳化器，经多元乳化片小孔多次喷射扩散收缩切割混合，使重油形成均一体系，即油包水 型细化微粒乳化油。静态乳化装置内有多根长 500 mm、 内径为 20 mm 无缝钢管，流量为 0.5 t/h，管内含有特殊 结构的乳化单元称为乳化管，该乳化管可长期连续使用， 在乳化过程中具有反复切割、破碎、混合功能，使用时 将其串联在输油泵出口端的油管路中，并可根据用油量 需要多根并联使用。7 ；pH70.5。表 1轧钢加热炉烟囱排烟林格曼黑度对比测定日期监测地点林格曼黑度治理前治理后2003 年2004/8/32004/8/42004/8/52004/8/6烟囱口烟囱口 烟囱口 烟囱口 烟囱口4 级以上2222通过采用烟气成分分析仪，测得加热炉所排烟气中有害气体平均浓度如表 2 所示。从表 2 可以看出，采取43工业加热第卷年第期加热设备高温长寿型顶燃式热风炉的应用唐兴智，唐冬宁，汪浩，陈静之，陈习文（鞍山钢铁集团建设总公司，辽宁 鞍山 114005）摘要：高温长寿型顶燃式热风炉是当今热风炉的一种新炉型，该顶燃式热风炉的炉型、炉衬结构及砌筑施工方法吸收了外燃式、内燃式炉型的优点。值得国内同类型热风炉技术改造时借鉴。 关键词：高温长寿型；顶燃式热风炉；预热炉；混合炉；炉衬结构中图分类号：TF061文献标识码：A文章编号：1002-1639(2005)05-0044-04TANG Xing-zhi，TANG Dong-ning，WANG Hao，CHEN Jing-zhi，CHEN Xi-wen(General Construction Company of Anshan Iron & steel Group，Anshan 114005，China)：The high temperature long life top combustion type hot air furnace is a new furnace type of current hot air furnace. Its furnacelining constitution and building construction method etc absorb outer combustion and inner combustion furnace type advantages. The exper- ience of development study can be used for similar hot air furnace technical reforming.：high temperature long life type；top combustion type hot air furnace；preheating furnace；mixfurnace；furnace lining constructiom温热风炉的发展。现代化大型高炉按送风温度把热风炉分为：低温热风炉（1 100 1 200 ）、高温热风炉（1200 1 250 ）和超高温热风炉（1 250 1 350 ）， 我国现有热风炉除宝钢外无一进入高风温热风炉行列。我国某钢厂新建有效容积 1 160 m3高炉，配置了 3 座 高温长寿型顶燃式热风炉，由俄罗斯 JSCKALUGIN公 司设计，国内负责转化设计和承建施工，俄罗斯专家技 术指导及监理。前言热风炉是高炉的主要热工设备。建设当今世界先 进水平的现代化高炉，要求热风炉具有高温长寿，实 现 1 250 高风温及 30 年（炉衬砌体无检修）寿命（热 风炉寿命相当于高炉两代炉龄期 30 年）。大型高炉不但 要求风温高和寿命长，而且要求具有较高的热效率和操 作自动化程度，而高炉炉容大型化和现代化又推动了高热风炉系统主要技术参数高温长寿型顶燃式热风炉系统由 3 座 KALUGIN 顶 燃式热风炉、2 座预热炉、1 座混合炉组成，热风炉系统 主要技术参数见表 1。顶燃式热风炉炉型示意见图 1。预收稿日期：2004-12-30；修回日期：2005-06-07作者简介：唐兴智（1936- ），男，重庆南川市人，鞍钢集团建设 总公司高级工程师，长期从事热能工程冶金窑炉热工筑 炉技术工作，高炉长寿炉衬技术研究.治理措施后，烟气中 CO 浓度为零，SO2的浓度差减少了8.3%，而 NOX的浓度基本上保持不变，希望能在今后采 取更有力的措施来最大限度地消除 NOX的危害。结论针对燃重油轧钢加热炉目前的燃烧状况，采取乳化 重油燃烧技术后实际结果表明，这种方法能有效地减少 烟气排放物中烟炱的浓度，烟囱排烟林格曼黑度由 4 级 下降到 2 级，烟气中 CO 浓度为零，SO2的浓度差减少了8.3%，而 NOX的浓度基本上保持不变，希望能在今后采 取更有力的措施来最大限度地消除 NOX危害。参考文献：1 童景山. 重油（CHO）乳化节能技术及其机理的研究 J. 节 能技术，1998 （6）：2-5.2 郭伯伟. 关于油掺水乳化燃料燃烧技术的研究 J. 冶金能 源，1989，16 (7)：16-22.3 唐钰成，