軋鋼工藝制氮機富氧尾氣回收應用于加熱爐富氧燃燒研究
楊 松 朱長明
（大慶開發(fā)區(qū)三春節(jié)能技術(shù)有限公司）
摘 要 通過對不同氧濃度和燃燒火焰及溫度場的試驗研究，并結(jié)合富氧燃燒技術(shù)機理分析了富氧燃燒技術(shù)的可行性和經(jīng)濟合理性；而富氧燃燒技術(shù)一直受制氧成本高和運行費用高等因素限制，制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)的研發(fā)成功解決了富氧來源及運行費用高的問題，將制氮機富氧尾氣回收后用于加熱爐中進行富氧燃燒可實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的作用。
關(guān)鍵詞 制氮機富氧尾氣回收 加熱爐 富氧燃燒技術(shù) 節(jié)能
Steel rolling process oxygen-enriched exhaust gas recycling nitrogen making machine applied in the study of oxygen-enriched combustion furnace
Yang-song Chang-ming zhu
(Daqing development zone three Spring Festival can technology co., LTD)
Abstract Through different oxygen concentration and combustion flame and the temperature field of the test and research, and combining the oxygen-enriched combustion technology mechanism analysis of the feasibility of oxygen-enriched combustion technology and economic rationality; And rich oxygen combustion technology has high oxygen generation cost, operation cost higher factors limit, nitrogen making machine oxygen-enriched tail gas recovery system developed to solve the source of oxygen enrichment and high operation cost, after oxygen-enriched exhaust gas recycling nitrogen making machine is used for heating furnace in the effect of oxygen-enriched combustion increase productivity and energy saving can be realized.
Key Words Nitrogen making machine oxygen-enriched tail gas recovery The heating furnace Oxygen-enriched combustion technology Energy saving
富氧燃燒技術(shù)被**列為（**批）**節(jié)能領(lǐng)域推廣技術(shù)，而富氧氣來源及制氧成本高一直制約著富氧燃燒技術(shù)的規(guī)模應用。制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)的誕生解決了制氧成本高這一難題，軋鋼企業(yè)一般都配備KDN，PSA制氮機，生產(chǎn)的高純氮氣作為保護氣體，產(chǎn)生的富氧尾氣直接排放，而這種富含氧濃度較高的氣體排放，是一種資源的浪費，如果將富氧氣收集利用到加熱爐中進行富氧燃燒，將會對加熱爐起到提產(chǎn)、節(jié)約燃料和提高熱效率等一系列作用。
1富氧燃燒特性試驗
大慶開發(fā)區(qū)三春節(jié)能技術(shù)有限公司與吉林大學合作完成了**首例富氧燃燒特性試驗，探究出了不同氧濃度與火焰及溫度場的關(guān)系。由圖1可看出，不同的氧濃度影響著火焰剛性及溫度場的分布。
圖1 氧濃度與火焰和溫度場的關(guān)系
2富氧燃燒技術(shù)原理分析
從燃燒學的角度分析，富氧對燃燒反應有以下幾方面影響。
（1）富氧燃燒可提高理論燃燒溫度
燃燒溫度的提高可使輻射換熱效率增強，根據(jù)輻射換熱公式：Q=5.669×10
-8×A×T
4可知：輻射換熱量與溫度的四次方成正比。同時還可以縮短加熱時間，在燃料不變的情況下可提高產(chǎn)量，保持產(chǎn)量不變可節(jié)約燃料。
（2）根據(jù)質(zhì)量作用定律，針對一定的化學反應aA+bB → cC+dD，化學反應速度為W=kaAbB，在溫度一定時k是一定的，化學反應速度僅與反應物A、B的濃度相關(guān)。由圖2可知，增加氧氣濃度勢必會加快反應速度
[1]。
圖2 氧濃度與燃料反應速度的關(guān)系
（3）富氧燃燒在總氧量不變的工況下可減少入爐氮氣量、煙氣量。
在助燃空氣中如增加1%的氧氣，則相應減少4%的氮氣
[2]。根據(jù)煙氣量公式計算
[2]，煙氣減少3.75%左右。
3富氧燃燒對加熱爐的影響
軋鋼加熱爐有隔氧和非隔氧兩種形式，隔氧式加熱爐有鐘罩加熱爐、熱管輻射加熱爐等。一般加熱爐加熱能力不足，主要表現(xiàn)為加熱速度問題。原燃燒方式理論燃燒溫度不高，火焰輻射傳熱能力不強，不能快速加熱，導致非隔氧式加熱爐氧化燒損嚴重。
如果將制氮機富氧尾氣回收用于加熱爐中進行富氧燃燒，在總氧量不變的工況下，可提高燃燒熱效率和傳熱效率從而加快加熱速度，**氧化燒損率。對于產(chǎn)量不足的加熱爐可以進行提產(chǎn)，在產(chǎn)量不變的情況下可以節(jié)約燃料。
減少燒損的意義不僅在于提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，**燃耗經(jīng)濟效益，而且還**工人勞動強度。氧化鐵皮導熱率低，惡化鋼坯傳熱條件，從而增加燃耗，**產(chǎn)量。氧化鐵皮脫落后沉積在爐底，為了**這些氧化鐵皮，**了工人的勞動強度
[3]。
4制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)
制氮機排放的富氧尾氣是經(jīng)過了過濾-壓縮-凈化-吸附-解吸-排放的過程，得到的潔凈的、干燥的，濃度在30%左右的富氧空氣，是富含氧的優(yōu)質(zhì)助燃氧化劑，制氮機富氧尾氣量等于制氮機壓縮空氣與產(chǎn)氮量之差。
制氮機的尾氣排放特點是壓力不均、非線性、濃度不均，這導致回收困難并無法直接應用。針對富氧尾氣回收的難題，公司設(shè)計了一套線性調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使其富氧尾氣變?yōu)榫�性，能夠穩(wěn)定輸送應用；同時設(shè)計一套濃差調(diào)制系統(tǒng)，使氧濃度均勻，確保在不影響制氮機正常工作的前提下，使其穩(wěn)定、**、快速的回收富氧尾氣。
富氧尾氣回收裝置的**控制系統(tǒng)采用自動控制；原制氮機流程只做極小改動（管路流程不變，只增加控制閥）；確保原制氮機控制不變（新增收集設(shè)備控制程序與原制氮機控制程序間無切換，無連鎖），確保不增加**不**因素。如圖3可見，制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)。（KDN制氮機暫不介紹）
圖3 制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)
制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)應用需保證以下幾點技術(shù)要求：
（1）保證不影響制氮機制氮
（2）進行濃差調(diào)節(jié)，保證富氧濃度均勻
（3）調(diào)控線性流量
（4）保證輸送壓力穩(wěn)定
回收后的富氧尾氣正好適合各種富氧生產(chǎn)工藝應用；投入些設(shè)備即可回收利用，經(jīng)濟效益可觀，節(jié)約設(shè)備成本，一機兩用。
5結(jié)論
已經(jīng)有很多軋鋼企業(yè)在加熱爐上應用富氧燃燒技術(shù)并取得了****。但富氧氣來源和制氧成本高的問題使已經(jīng)應用富氧燃燒技術(shù)的企業(yè)效益并不**。所以制約著富氧燃燒技術(shù)在軋鋼領(lǐng)域上大規(guī)模的應用；而制氮機富氧尾氣回收系統(tǒng)恰恰解決了這些難題，只投入少量設(shè)備就可以回收利用富氧氣，實現(xiàn)一機兩用節(jié)約設(shè)備成本，可為企業(yè)帶來**的經(jīng)濟效益。
參考文獻
[1] 韓昭滄，燃料及燃燒，冶金工業(yè)出版社，1987:44-47
[2] 鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計參考資料.[M].北京：冶金工業(yè)出版社.1979.
[3] 蔣受寶，蔣紹堅，張 燦，等.高溫富氧空氣燃燒加熱時間和氧化燒損研究[J].工業(yè)爐，2007,29（2）：1-3.
