高炉喷煤系统控制氧含量的主要手段是利用高炉热风炉废气,由于高炉废气的氧含量≤3%,所以如果喷煤系统采用80%的废气,20%的高炉煤气产生的烟气,控制系统氧含量并不难。
即使系统没有废气,采供高炉煤气产生的烟气,利用自循环也能够实现氧含量的控制,系统氧含量能够达到12%以下。
有些系统没有废气,没有高炉煤气,利用煤粉炉作为热源,控制氧含量是一个难题,简单探讨如下:
1.煤粉炉的理论烟气量
煤粉炉的理论烟气量太小是难以控制系统氧含量的一个原因。
煤粉炉产生的烟气量相对于制粉需要的风量,比例太小,正常情况下,每吨煤干燥需要的煤粉量约为20kg,能够产生的理论烟气量为m3左右,每吨煤制粉系统需要的通风量约为m3左右,如果把这些烟气配加空气达到制粉的烟气量,也就只能降低氧含量2个百分点左右,即使考虑到50%的烟气自循环率,降低也很有限,这也就是煤粉炉的制粉系统氧含量经常在18%左右的原因。
2.关于低氧燃烧的煤粉炉
煤粉炉对空气过剩系数要求比较高,是难以控制系统氧含量的另外一个原因。
小型加热煤粉烟气炉炉的控氧燃烧是一个技术难题,就是空气过剩系数要求比较高。
煤粉燃烧受到环境温度、煤粉挥发分、空气过剩系统、煤粉和空气混合系统等因素的影响。
小煤量煤粉炉的炉膛温度较低,火焰比较小,容易造成煤粉脱火,产生爆燃现象,尤其有些煤粉炉采用低氧循环燃烧,更容易影响煤粉的稳定燃烧。
为了提高煤粉燃烧的稳定性,可以通过改善炉膛内的耐材布局和燃烧室的结构设计来改善,同时改善煤粉烧嘴的结构形式也有利于改善煤粉燃烧的稳定性。
3.采用煤粉炉的制粉系统氧含量控制。
制粉系统单位原煤需要的干燥用煤粉量是基本固定的,煤粉产生的理论烟气量是固定的,如果制粉系统生产过程中兑入空气作为冷风,或者系统漏风率比较高,低氧燃烧就没有意义,与其在磨机入口兑入冷风,不然增加煤粉炉的空气过剩系数,保证煤粉燃烧的稳定性。
4.煤粉炉采用自循环的极限氧含量
采用煤粉炉能不能像采用高炉煤气的烟气炉一样,通过自循环把制粉系统的氧含量控制到12%一下呢,我认为是不能的。原因如下:
高炉煤气本身就是一种废气,每吨煤需要m3~m3的煤气量,能够产生m3~m3左右的理论烟气量,同比产生的理论烟气量(氧含量为0的烟气量)要多出m3左右。另外煤气的空气过系数可以明显小于煤粉炉,高炉煤气的过剩系数可以达到1.05左右,小型煤粉炉的空气过剩系数需要≥1.3左右,如果把过剩空气看做漏风率的话,这意味着煤粉炉的漏风率更高。
由于循坏风的循环量收到原煤水分的限制,如果利用高炉煤气把氧含量控制到12%已经比较难了,煤粉炉自身特点决定了,其不可能利用自身的自循环达到12%的氧含量控制要求。
5.利用氮气控制系统的氧含量
在煤粉炉的条件下,如果利用氮气进一步降低氧含量,则每吨原煤需要m3~m3的氮气,对于制粉系统来说,是一个较大的成本支出。
6.高氧含量条件下的安全控制
煤粉的自燃和爆炸性能受到环境温度、氧含量、煤粉挥发分等因素的影响,如何在无法控制系统氧含量的前提下,保证系统安全,这是一个比较大的课题。
简单的说,如果氧含量难以控制,就要控制制粉系统磨机进出口的温度,在一定范围内降低温度,适当牺牲煤粉的水分等指标,比如可以把磨机出口温度控制到70℃以下等手段,来提高系统的安全性。
7.煤粉炉的火星
制粉系统如果使用煤粉炉加热,需要严格控制煤粉炉燃烧产生的火星等火源进入磨机,这也是一个技术问题,后期有机会探讨。
马政峰