鍍鋅退火爐降低NOx生成的技術(shù)研究

商存亮 常志祿 李龍飛 張學成

摘 要：本文以安鋼1550熱鍍鋅生產(chǎn)線中退火爐改造前后燃燒產(chǎn)物NOx排放指標數(shù)據(jù)為依據(jù)，系統(tǒng)分析了降低退火爐燃燒產(chǎn)物NOx排放指標的主要影響因素。通過對空燃比、風壓、負壓室壓力等參數(shù)進行優(yōu)化和實施燒嘴改造，鍍鋅機組退火爐燃燒產(chǎn)物NOx滿足了超低排放指標。

關(guān)鍵詞：退火爐;NOx;超低排放

Abstract： Based on the index data of combustion products NOx emissions before and after the annealing furnace transformation in the 1550 hot-dip galvanizing production line of Angang Group， this paper systematically analyzed the main influencing factors for reducing the NOx emission index of combustion products in the annealing furnace. By optimizing the parameters such as air-fuel ratio， wind pressure， negative pressure chamber pressure and implementing burner transformation， the NOx combustion product of the annealing furnace of the galvanizing unit meets the ultra-low emission index.

Keywords： annealing furnace;NOx;ultra-low emission

新時代，我國高度重視生態(tài)文明建設(shè)，持續(xù)加大環(huán)境保護力度。在鋼鐵行業(yè)全產(chǎn)業(yè)過剩、虧損以及供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的大背景下，國家不斷發(fā)布各種環(huán)保、能耗、質(zhì)量、安全、技術(shù)等法律法規(guī)和產(chǎn)業(yè)政策，加快鋼鐵行業(yè)去產(chǎn)能，市場競爭加劇。當前，國內(nèi)相當一部分鍍鋅生產(chǎn)線設(shè)備老化嚴重，工藝技術(shù)落后，造成環(huán)保排放不達標，因此對鍍鋅生產(chǎn)線退火爐的改造已經(jīng)刻不容緩。改造目標是優(yōu)化環(huán)保指標，減少NOx的排放。安鋼1550鍍鋅生產(chǎn)線產(chǎn)品規(guī)格為（0.25～2.0） mm×（800～1 400） mm，產(chǎn)品定位是家電、建筑板。在該生產(chǎn)線中，退火爐燃燒產(chǎn)物NOx排放指標不能滿足超低排放要求，本文分析了降低NOx排放指標的相關(guān)影響因素，提出了解決方案，以期降低退火爐燃燒產(chǎn)物NOx的排放量。

1 1550鍍鋅機組退火爐概述

熱鍍鋅機組退火工藝采用美鋼聯(lián)法。美鋼聯(lián)法退火爐采用輻射管對帶鋼進行間接加熱和均熱，爐內(nèi)采用H2含量5%的氮氫保護氣體防止帶鋼氧化，加熱段控制溫度900～930 ℃。根據(jù)機組產(chǎn)量、產(chǎn)品品種、平面布置等因素，鍍鋅機組采用立式連續(xù)退火爐，爐子主要由預(yù)熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、均衡段出口段及爐鼻子等爐段組成。加熱、均熱完全依靠輻射管，其間采用帶自預(yù)熱空氣的W型煤氣輻射管加熱，每個煤氣輻射管均設(shè)置一個預(yù)熱器，將空氣預(yù)熱到450 ℃，充分利用煙氣的余熱，達到節(jié)能的目的。燒嘴采用先進可靠的自動控制系統(tǒng)，保證燒嘴只要工作就處于最佳的工作狀態(tài)，保證精確的爐溫控制;輻射管加熱都采用ON/OFF爐溫控制系統(tǒng)，實現(xiàn)脈沖燃燒。供熱的輻射管（ON）都是滿負荷，不供熱的輻射管（OFF）都是零負荷，循環(huán)脈沖燃燒。ON/OFF脈沖控制爐溫有利于提高爐溫均勻性，延長輻射管壽命。

2 1550鍍鋅機組退火爐現(xiàn)狀

2.1 燃料成分

退火爐燃料為焦爐煤氣，焦爐煤氣成分如表1所示。焦爐煤氣的熱值為17 287 kJ/m3。

2.2 退火爐排放指標

NOx是煙氣排放三大有害物質(zhì)（其他兩種是SO2、顆粒物）之一。改造前，鍍鋅機組退火爐燃燒產(chǎn)物中，NOx排放指標保持在190～380 mg/m3，無法滿足國家特別排放限值（300 mg/m3）要求，更不能滿足超低排放指標（150 mg/m3）要求，導致生產(chǎn)受限。

3 NOx生成機理

NOx生成機理主要有燃料型、熱力型及快速型[1]。焦爐煤氣燃燒過程中產(chǎn)生的NOx 95%來自熱力型。

3.1 熱力型NOx

熱力型NOx主要是空氣中N2在高溫火焰下，經(jīng)過氧化生成的NOx。當燃燒溫度大于1 526 ℃時，空氣中的O2離解成原子狀態(tài)O，與空氣中N2發(fā)生一系列化學反應(yīng)。有關(guān)反應(yīng)如下：

對于燃燒火焰來說，火焰偏下部溫度較高，而熱力型NOx往往產(chǎn)生于該區(qū)域。影響熱力型NOx生成的主要影響因素有溫度、氧濃度及停留時間。

3.2 快速型NOx

當碳氫化合物燃料過濃燃燒時，反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx，即快速型NOx。其間，燃料中的碳氫化合物在高溫條件下易分解，產(chǎn)生的分解物CH自由基暴露在空氣中，與空氣中N2發(fā)生反應(yīng)，生成HCN和N，并且在極短的時間內(nèi)被氧化成NOx。

3.3 燃料型NOx

燃料型NOx由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成。燃料中含有多種有機化合物，其在高溫下裂解，產(chǎn)生HCN、CN等，在一定條件下被氧化成NOx。

4 控制NOx排放的措施

4.1 調(diào)整空燃比

可燃混合氣中空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量之比為空燃比（[AF]）。

已知當前安鋼1550鍍鋅機組退火爐所用燃料為焦爐煤氣，從煤氣測量節(jié)流裝置（儀表清單）中得知，其基本成分如表1所示。根據(jù)理論計算公式，其20 ℃時的低位熱值約為16.43 MJ/m3。同時，根據(jù)式（4）計算可得，其理論空燃比為4.29。

隨著過剩空氣（即空燃配比）的變化，NOx的生成有著巨大差異。將空氣實際過剩系數(shù)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，可以有效減少NOx的排放，其主要由燃燒時的實際空燃比決定，最終經(jīng)過測試，空氣過剩系數(shù)取1.12，效果最好。

4.2 調(diào)整風機壓力

隨著生產(chǎn)負荷的不斷變化，需要的爐溫不同，煤氣用量不用。當負荷增大時，煤氣用量增加，煙氣量增加，輻射管充滿度高，輻射管壁傳熱效率高并且均勻;當負荷降低時，煤氣用量減少，在相同輻射管壁的情況下，容易造成輻射管壁溫度不均勻[2]。為適應(yīng)過氧燃燒工藝，要動態(tài)調(diào)整空燃比，即提高助燃風機壓力，由原來的15 kPa提高至19.5 kPa，煙氣中存在過剩的氧量，由于過氧燃燒，煙氣量增加，可提高輻射管內(nèi)煙氣充滿度和輻射管壁溫度的均勻性，同時煙氣流量增加，加快了煙氣流動速度，拉長火焰，縮小輻射管長度方向的溫差，降低NOx的生成量。

4.3 改造燒嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加煙氣回流量

采用煙氣回流，主要是將燃燒后的煙氣重新加入助燃空氣中，從而降低火焰溫度，抑制氮氧化合物生成;輻射管燒嘴的煙氣回流主要利用助燃空氣的壓力，從特殊設(shè)計的錐形口處引射煙氣與助燃空氣混合，從而實現(xiàn)煙氣再循環(huán)，降低燃燒火焰高溫區(qū)的氧氣體積分數(shù)和火焰溫度，保證完全燃燒的同時有效地抑制NOx的形成[3]。1550鍍鋅機組退火爐加熱、均熱段當前使用的燒嘴本身采用煙氣回流技術(shù)，但煙氣回流量很小（約為15%），不能有效降低NOx的生成。經(jīng)過對影射口的改造，同時提高助燃風機的壓力，煙氣回流量增加至25%左右。經(jīng)過數(shù)據(jù)測量，NOx大幅降低。

5 結(jié)論

經(jīng)過對退火爐控制參數(shù)的優(yōu)化及燒嘴改造，NOx排放量大幅降低，已由原來的380 mg/m3降低至134 mg/m3，降低率達64.73%，滿足了超低排放標準。

參考文獻：

[1]仝通通.焦爐煙氣外循環(huán)對NOx生成影響的研究[D].馬鞍山：安徽工業(yè)大學，2018.

[2]何選明，陳康，潘葉，等.焦爐煤氣低NOx燃燒技術(shù)研究進展[J].燃料與化工，2013（1）：6-10

[3]蔣揚虎，丁翠嬌，鄭兆平.燃燒NOx生成機理及抑制方法[J].武鋼技術(shù)，2000（6）：17-20.