解凍庫高爐煤氣燃燒的穩定性和安全性

李 明，鄒克武，倪紅兵

(承德石油高等專科學校機械工程系，河北 承德 067000)

持續穩定的燃燒高爐煤氣是保證解凍庫安全的主要因素，所以說研究高爐煤氣的燃燒性能對解凍庫的安全具有重要意義。解凍庫中燃燒高爐煤氣是一個包含熱量傳遞、化學反應、能量轉化等多個復雜而多變的過程。高爐煤氣燃燒的穩定性主要包括兩個方面:一是高爐煤氣是否容易著火，二是高爐煤氣在著火后的燃燒效果。合理燃燒高爐煤氣應該是點火迅速、火焰傳播速度快、分布的區域廣、燃燒火焰劇烈和充分［1］。

1 高爐煤氣穩定燃燒的影響因素及分析

通過對高爐煤氣穩定燃燒的機理進行研究，并對現場運行的實際情況分析可以得到，影響全燃高爐煤氣的解凍庫中煤氣燃燒穩定性主要因素有:1)高爐煤氣成分;2)高爐煤氣的初溫;3)送風空氣量。

1.1 高爐煤氣成分組成和熱值的影響

高爐煤氣是一種燃燒熱比較低的低熱值氣體燃料，他的主要可燃成分是少量氫氣(H2)和一氧化碳(CO)，其它大部分是氮氣(N2)、二氧化碳(CO2)和一些惰性氣體，另外還有少量的水，其成分構成如表1所示。

表1 高爐煤氣成分

當高爐煤氣組成成分變化時燃氣的熱值也隨之改變。當高爐煤氣中可燃成分含量減少，高爐煤氣的熱值也會跟著降低，而且，高爐煤氣中隨著可燃成分的減少，不可燃成分會相對增加，而N2、惰性氣體等不可燃成分在高爐煤氣燃燒過程中會吸收一部分燃燒熱量，造成高爐煤氣燃燒不穩定、不充分甚至還會發生滅火事故［2］。因此高爐煤氣熱值較低時燃燒會更困難些。

具體地說，由于H2是一種易燃的高熱值氣體，在高爐煤氣中增加H2的含量，可以提高高爐煤氣的熱值，所以增加H2的含量可以提高高爐煤氣燃燒的穩定性。另外惰性氣體N2是高爐煤氣中主要的不可燃成分，增加N2含量的不僅降低了高爐煤氣的熱值而且會降低高爐煤氣的火焰傳播速度，從而影響高爐煤氣的燃燒穩定性。高爐煤氣中水的含量增加時，水氣化與分解將會吸收可燃氣體燃燒產生的部分熱量，這樣高爐煤氣點火時所需要的熱量也會隨之增大，顯然這對著火是不利的。因此高爐煤氣在進入燃燒室燃燒之前應盡量將水濾盡。

總之，高爐煤氣成分的含量變化都會影響高爐煤氣的熱值，而高爐煤氣熱值的高低會影響到燃燒的穩定性。

1.2 高爐煤氣初溫的影響

高爐煤氣的溫度越高，那么把高爐煤氣加熱到著火溫度所需要的熱量越少，減少燃燒時所需的熱量，所以，較高的高爐煤氣的初溫，有利于高爐煤氣的著火，提高高爐煤氣燃燒的穩定性。

1.3 送風空氣量的影響

進入燃燒室的空氣量的提高，可以帶入更多氧氣(O2)，使燃燒更充分。另外，空氣溫度的提高，可以減少空氣在爐膛的吸熱量，也是有利于煤氣穩定燃燒的一項措施。但是如果空氣太多，N2也會加大，從而使燃燒不穩定，容易爆炸或者失火，出現安全事故。

2 高爐煤氣燃燒的穩定性和安全性控制

2.1 提高高爐煤氣燃燒穩定性的對策

1)控制風機送風空氣量

解凍庫內的風機一般以電動機作為動力，電動機的啟動方式多采用軟啟動，電動機控制元件主要采用常規電氣控制，控制系統一般配備過流、過壓等普通保護裝置。風機的啟停由操作室內操作臺控制，操作臺安裝電流表以監測電動機電流。

根據如圖1所示的流程進行燃燒試驗，分別改變不同氣體的送風量模擬空氣與高爐煤氣的燃燒狀態。

實驗中通過控制風機的電流來控制它的轉速，使空氣與燃氣配比成一定的比例。實驗表明:當高爐煤氣的空氣過量系數為0.6～1.0，著火容積濃度界限為35% ～71%時燃燒速度最快［3］。

常溫常壓下，氣體燃料的著火貧限的化學當量比為50%，無論紊流還是層流，火焰氣體燃料的濃度位于化學當量比處或稍富一側，火焰的穩定性最好，傳播速度最大［4］。當燃氣速度達到150～230 m/s時，燃氣流速遠大于火焰的傳播速度，此時高爐煤氣早已脫火，無法正常燃燒，所以應用高爐煤氣的解凍庫，在配風上保證高爐煤氣完全燃燒的前提下采用低過量空氣系數的方法，不僅利于穩定燃燒還可減少煙氣量，減少排煙損失。

2)提高煤氣初溫

在解凍庫運行中，在燃燒高爐煤氣的燃燒室尾部煙道可加設熱管式煤氣加熱器，通過尾部的熱量來加熱解凍庫入口處燃氣，使燃氣的初溫增加，既提高了高爐煤氣的進入解凍庫前的溫度，又降低了解凍庫排煙溫度，進而提高燃燒穩定性及效率。

2.2 提高煤氣使用安全性措施

主要通過設置煤氣低壓監測、煤氣濃度檢測及快切閥控制系統來實現。

為保證煤氣使用安全，防止煤氣壓力低時燒嘴回火，同時防止煤氣泄漏造成中毒、爆炸等安全事故，煤氣管道中安裝煤氣快切裝置。一旦煤氣壓力低于設定值、或煤氣泄漏使得現場煤氣濃度達到設定值時快切閥動作，切斷煤氣，保證安全。

3 結論

通過對高爐煤氣的成分分析、空氣過量系數的研究，以及燃氣初溫對燃燒的影響分析，給出了提高高爐煤氣燃燒穩定性和安全性的對策，對全燃高爐煤氣解凍庫的生產有一定的現實意義。

［1］陳尚彬.JLG型燃氣燃燒器的性能及其應用［J］.工業鍋爐，2003(4):36－38.

［2］趙振興，曹子棟，常勇強.高爐煤氣直流燃燒器的試驗研究［J］.動力工程學報，2010，30(2):118－122.

［3］賈榮榮，劉訓良，溫治.低壓旋流式煤氣燃燒器的數值模擬［J］.工業鍋爐，2007，29(5):1－4.

［4］朱宇翔，秦曉東，陸方.全燃高爐煤氣鍋爐燃燒穩定性影響因素分析［J］.工業鍋爐，2007(5):15－17.