往复炉排燃煤机械燃煤炉灰渣含碳量.pdf

往复炉排燃 煤机械燃煤炉灰渣含碳量 的影响因素及改进措施 重庆钢 铁研 究所霍晓 雷 【 摘要】 本 文对往复 炉排 燃煤机 械燃煤炉灰渣含碳量 的来源和影响 因素进行 分析 ， 并提 出减少灰渣含碳 量 的措施 。 [ 关键词】 灰渣含 碳量结渣焦块燃烧 l 刖 吾 往复炉排燃煤机械的燃烧过程 ，由于机械连续加煤和分段供风 ， 保证 了风与可燃物合 理稳定的配比， 使燃烧能在较理想的状态下进行，减小了化学不完全燃烧热损失和排烟黑 度。将其运用于我所 l 0吨燃煤退火炉上 ，取得了较好的节能效果和环保效果 ，但是在使 用中常发现灰渣含碳量较高，本文针对该问题分析其影响因素，并提出减小灰渣含碳量的 措施 。 2 影响灰渣含碳量的因素 往复炉排以燃烧烟煤为主， 煤在燃烧时首先经过预热 、干馏、燃烧 、烤焦等。煤在燃 烧初期，燃烧室温度高，煤层升温快，阻力大 ， 空气严重不足 ，此时 ，反应条件与煤在隔 绝空气条件下低温反应基本相同，煤在隔绝空气条件下随温度的变化情况如表 l 表 1煤在隔绝空气条件下 随温 度的变 化 温度℃ 主要变化 温度 ℃ 主要变 化 燃料开始激烈分解 ，放出 C H 、 l 0 0 1 5 0 蒸发 出水 份 3 5 0 4 0 0 H 、C N 煤含大量焦油的气体 l 5 0 2 0 0 放出被燃料吸收的 C O 4 5 0 放出大量焦油 2 0 0 2 5 0 燃料中的化合物开始明显分解 一 5 0 0 焦油气逐渐减少 I 开始放 出含油多的气体 各种 完全停止一切气体逸 出，形成 } 一 3 0 0 1 0 0 0 一 l 1 0 0 轻碳氢化合物 固体的焦碳 随着燃烧反应的进行 ，挥发份减少，形成焦块 ，固定碳燃烧占主导地位，根据碳燃烧 机理 ， 碳和氧之间的反应是在碳的吸咐表面上进行的，反应面上碳的燃烧速率取决于氧向 碳表面的扩散速率。 随着燃烧反应的进行 ， 在碳表面出现灰层， 灰层阻碍 O 向碳表面扩散 ， 燃烧反应减慢，不难看出，焦块越大，灰层越厚，反应速度越慢 ，焦块燃尽时 就越 长， 当反应温度超过灰熔点时 ，灰层软化 、 熔化 ， 形成比较致密的灰壳，阻碍 O 的进 ，形成 碳核。如果发生大范围的结渣 ，会造成通风不良，影响燃烧反应正常进行 ，要经过扒渣排 除。这样就破坏了往复炉捧的均匀燃烧状态．产生化学不完全燃烧热损失，同时许多未燃 40 维普资讯 尽的焦块混入渣中。上述分析可见，袋核和未燃尽的焦块是构成灰渣含碳量的主要来源， 而焦块的大小和大范围的结渣 ，盲接影响拧灰渣的含碳量。 3 影响焦块大 、 和结渣倾向性 乏 的因素 3 ． 1影 响焦块 大小的 因素 往复炉排燃煤过程由于干馏段空气过剩系数小 ．与工业炼焦条件相似 ，粘结性 、结焦 性强的煤 ，易形成较大的焦块 ，反之易形成较小的焦块．粘结性 、结焦性直接影响着焦块 大小。如果煤的粘性大 ，结焦性强会增大煤层粘度 ，影响煤的运动，甚至会造成大范围的 结焦 ，这样会造成通风不良。因此往复炉排供热的退火炉，在选择煤种时，不仅要考虑发 热量、挥发份、灰份 ，还应考虑煤的粘结性与结焦性，一般不要选择粘结性和结焦性太大 的煤种．对于粘结性 、结焦性强的煤 ，也可以通过配煤和控制粒度来调整。 3 ． 2 结渣过程的分析及 其影 响因素 煤的结渣过程首先是从灰份软化、熔化开始，然后软化 、熔化的灰渣问相互粘结 ，当 温度降低后 ，灰渣凝固结成大渣 ，灰渣软化、熔化的程度取决于煤质本身的灰熔点和煤层 内温度 的高低 。 煤层由下向上逐渐分为 灰渣带、氧化带、还原带 、干馏带。燃烧过程可以用沿煤层 厚度方向上气体的变化和温度分布趋势来表示 ，如图 l 所示。由图可见，在氧化带中，碳 的燃烧除了产生 C O z 以外，还产生少量 C O 。在氧化带末端 ，C o 2 浓度达到最大值 ，燃烧温 度最高，当煤层厚度大于氧化带厚度时 ，在氧化带上方将出现还原带 ，C O 被还原成 C O 。 因为是吸热反应，温度逐渐下降，如果煤层厚度不大于氧化带厚度 ，反应为薄煤层燃烧 ． 反应高温应在煤层上表面外，反应热通过多种方式扩散到燃烧室 ，此时煤层温度不很高。 2 l 6 一 a 层状燃烧示意 图 1灰 渣层2燃料层3 空气 4 燃烧产 物5灰渣6 炉 篦 b沿煤层厚度方向上气体成分的变化 I 灰渣带 l l氧化带 川 还原带 lv干馏带 图 1 在煤层厚度大于氧化带的情况下，由于 C 0 C 一2 C 0 的吸热作用和煤层导热性较好 ， 以及大量 C 0等气体带走许多热量 ，反应热损失大，高温区温度并不很高 ，如果 Ⅲ、Ⅳ层 维普资讯 为灰渣层，则反应高温区在渣层内部，c与 0 的反应方式中 C 0 2- - C 0 的比率大 ， 该反应 相对于 C C 0 厂 2 C 0来说反应热大，反应产物少，反应温度高，同时灰渣层的隔热作用使 反应热散失慢，这就促使灰渣层温度升高 ，可认为是加热灰渣层的状态，当灰渣层温度高 于灰份软化温度时 ，灰 软化 ，熔化结成炉渣 。 往复炉排上煤 层 的点燃方式为上燃方式 ，即上部煤层 首先着火 ，下部煤层逐 渐着 火 ， 随着煤层的推进，燃烧的进行，在煤层的同一垂直截面上 ，因着火先后的不同，造成燃烧 时间不同， 使煤层上部可燃份的减少，灰份相对提高，下部煤层，可燃份高，这就促使反 应高温区下移进入煤层 ， 成为类似反应高温区在灰渣层的状态 ，结渣倾向大 ，因此上燃方 式点燃的煤层中 ，煤层着火时间差越大，结渣倾向越大。 4 控制燃烧工艺 ，减少灰渣含碳量 要减 少灰渣含碳量 ，就应设 法改进燃 烧工艺 ，控制焦块大小和避免结渣 。 4 ． 1煤层的选择 往复炉排供热的退火炉，在选择煤种时 ， 不仅要考虑煤的发热量、挥发份 ，还应特别 注意其灰熔点和粘结性、结焦性、应尽量选 用灰熔点高、粘结性和结焦性弱的煤种 ，如 果煤的粘结性较高 ，可采用配煤的方法来减少结焦性和粘结性。 4 。2改善供风条件，调整煤层厚度，控制煤层温度 往复炉排上煤的燃烧过程，大体上可分为三段 ，即干馏点火段 ，焦块燃层段 ，灰渣燃 层段 ，其特点为分段供风。 4 ． 2 ． 1干馏点火段的供风 根据文献介绍 ， 炉排上煤层着火线向下扩展的速度， 随着供风量的增大而增大 ，如果 供人热风有利于煤层升温 ，会加速着火线向下扩展，着火线向下扩展越快 ，上下层着火时 间差越小 ，因此应适 当提高干馏着火段的风量和风温，以使燃层均匀燃烧 ，例如可采用二 次供风，利用预热器预热空气。 4 ．2 ． 2焦块燃烧区的供风 根据燃烧反应温度的数学模型 T Q t Q空 Qm Q不一Q传一 Q分 v n c产 其中T为反应产物的温度 ，即火焰温度 Q t 、Q囊 分别为燃料低发热量和其带人的物理热。 Q空 空气带人的物理热 Q传 传热量 Q不 不完全燃烧热损失 Q分 燃烧产物分解吸热量 如果煤层以上燃方式点燃后燃烧均匀，含碳量均匀；或煤层厚度较人 ，可以采用低空 气过剩系数，以增大 Q不 ，同时增大 C O z C 一2 C O的反应量 ，即增大 Q磐 ，由此降低 T，如 果煤层较薄，或煤层含碳量不均匀 ，应采用增大空气过剩系数提高 v n来降低 T o 4 ． 2 ． 3在灰渣燃烧段 ，要提供较大的空气过剩系数，以增大碳表面上氧的分压提赢燃 烧速度 ，但要避免风量过大丽熄火。 4 ．2 ．4减薄煤层 ，当往复炉排运行时，有利于煤层上下翻动 、蠕动以改善着火条件 ， 4 2 维普资讯 改善煤层含碳的不均匀度 ，另外煤层薄，使燃烧反应高温区在煤层上表面或煤层以外，有 利于降低煤层温度 。 5 结 论 5 ． i灰渣含碳量来源于燃尽的炭粒和扒渣时混入渣中的焦块 ，并受焦块大小和煤层结 焦 、结渣程度的影响。 5 ．2往复炉排的退火炉在选择煤种时。应尽量选用灰熔点高 、结焦性 、 粘结性弱的煤， 也可以通过配煤来改善煤层的牯结性和结焦性。 5 ． 3适当提高干馏点火段的风量和风温。降低煤层厚度 。有利于煤层均匀点燃减小结 渣倾 向。 5 ．4控制焦块燃烧段的风量，可以降低煤层温度，减小结渣倾向。 5 ． 5在总的空气过剩系数不变的情况下 。各段煤层产物中空气过剩系数差别越大 、火 焰温度与煤层温度差越大。可以在煤层不结渣的情况下使火焰达到更高的温度 。 参考文献 1 ． 工业炉设计手册 第一权碱 工业部第一设计院主编 2 ． 燃料及燃烧韩露沧 3 ．李全梅、王玉海 上接第 l 7页 行再结晶的程度。也就是说材料处于一个冷热加工相间的临界状态 ，这样。由变形所引起 的强化因素占优势 ，随着加工过程的进行，使金属的强、硬度上升而塑性下降 ，金属内部 的品格畸变得不到完全恢复 ，变形阻力将会越来越大，导致金属发生破裂。 从以上分析可知 ， 如果我们在电镦锻初期，将预加热时间稍延长一些或初始变形速度 稍慢一点 ，使变形中的再结晶软化能较充分一些 ，就能够使材料保持良好的塑性而不致于 在这一 阶段 产生 裂纹 。 7 结 语 7 ． 1 材料化学成分符合 G B 1 2 2 1 - - 9 2 标准要求 ；低倍检测材料表面未发现原始裂纹， 非金属夹杂物级别也较低 ，不存在原始裂纹源。因此电镦锻裂纹不是材料本身内在因素所 致 。 7 ．2 热顶锻试验结果表明，即使材料存在表面缺陷 戈 IJ 痕 ，在 1 I O 0 C以上变形也不会 产生表面裂纹 ，而当温度低于 l I O 0 C 产生裂纹的机率将大大增加。 7 - 3 电镦锻裂纹的产生与电镦锻工艺有关 ，我们分析认为主要是在初始加热时间较 短 ，初始变形速度较快 ，在尚未达到足以使材料能够承受塑性变形温度情况下 ，使其变形 表面张应力增加 ，塑性下降而产生裂纹。 7 _4 建议在不延长总加热时间前提下，适当延长初始加热时间或减慢初始变形速度。 4 3 维普资讯