富氧燃烧技术的应用现状分析

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富氧燃烧技术的应用现状分析

张霞童莉葛

王立刘传平

（北京科技大学机械工程学院）

摘要介绍了富氧燃烧技术在加热炉上的应用。重点分析了富氧燃烧／全氧燃烧的节能特性及减排性能，最后还就发展趋势和有待进一步研究的问题进行了分析。

关键词富氧燃烧工业炉节能

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量。一方面需要燃料供热，耗费大量能源（近代随着燃料资源的减少，矛盾更加突出）；另一方面又生成大量的烟气，对环境造成严重污染。面对能源资源的减少及环境污染问题，未来的钢铁企业必须能够做到同时满足社会发展对钢铁材料的需求和人类对生存环境的质量要求。钢铁企业富氧的应用便是最好的解决办法之一，该项技术已被认为是近半个世纪以来钢铁业界的四大发明之一”１。尤其现今很多钢铁企业还存在着氧气放散的问题。富氧在经济上的可行性分析为其工业应用创造了良好的条件。

对于现代钢铁企业来说，资源、能源与环境问题已经成为制约其快速发展的瓶颈。节能降耗、减少排放是企业科学技术进步和可持续发展的必然选择。

钢铁企业作为能源消耗与污染排放大户，更应节约资源，应对能源危机以及环境压力。目前节能降耗的主要方法有富氧燃烧的应用、料坯热送热装、高温蓄热燃烧、连铸连轧ｃＳＰ短流程、热工设备的优化控制、耐火材料性能改进等。由于在节能和减排方面的优良性能，富氧或全氧燃烧技术越来越受到热工领域的青睐。本文主要讨论富氧燃烧技术的应用。

２富氧燃烧／纯氧燃烧技术在钢铁行业的发展及

应用

１９３７年，富氧在底吹转炉炼钢（Ｂｅｓｓ—ｅｒ）

上的应用是世界上最早的富氧冶炼技术”１。富氧技术应用的成功，促使富氧在有色冶金领域也得到重视。

富氧技术在工业上的早期研究与生产实践为其在冶金行业中大规模的生产应用建立了坚实的基础。西方发达国家及前苏联早在７０年代末就开始了富氧燃烧技术用于玻璃炉窑的研究，并在７０年代末８０年代初取得了良好的效果”’。同时，世界大多数国家如美国、英国、日本、俄罗斯、德国、法国、加拿大等均广泛推广和应用了富氧技术，应用范围越来越广”’。

在人类钢铁发展史中，从炼金术到现代钢铁，始终和能源消耗密不可分。早期的炼钢过程完全依赖于燃料在空气中燃烧以维持所需的热

收稿日期：２００７一０５—１６

张霞（１９８３～），硕士生；１０００８３北京市海淀区。

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在２０世纪７０—８０年代一些小的高温炉如搪瓷熔块旋转炉为提高生产率开始使用纯氧燃烧，但在当时纯氧燃烧是不经济的。７０年代后期，由于阿拉伯石油禁运，造成燃料价格上涨，纯氧燃烧的经济性得到提高。计算表明，纯氧燃烧在某些高温炉上使用，其节能范围在４０％一６０％，与炉子热平衡预测相一致。纯氧燃烧还应用于铝熔解炉、玻璃熔解炉等。但８０年代中期燃料价格下降，该工艺又失去了经济性，因而纯氧燃烧技术并未得到广泛应用。８０年代后期限制Ｎｏ。排放问题为纯氧燃烧技术带来了新的机遇。

近ｌＯ多年来，从节能和减少污染排放的需要出发，纯氧燃烧技术在欧美、日本等国得到迅速发展，特别在钢铁工业炉窑和玻璃工业炉窑上得到了广泛的研究和应用”１。

表ｌ和表２分别介绍了国内外的富氧／全氧烧钢情况。

由于全连铸的出现，武钢初轧厂已改造为高线厂，新的加热炉未使用富氧燃烧技术。目前，国内未见其它加热炉使用富氧燃烧技术。

表ｌ

年份

１９６３—１９６６

３富氧燃烧与全氧燃烧主要技术特点３．１节能特性

用７８％氮气和Ｉ％氩气稀释氧气对于燃烧和传热并不是最好的。氮气在燃烧过程中被加热，为了节约燃料，传给氮气的能量必须回收。富氧燃烧大大降低了对燃气和烟道中氮气的加热ｕ…。对于一个正在生产的炉子，通过对炉膛内热平衡测定与计算，可以反映出炉子对热量利用的好坏程度并可确定燃料消耗量的大小。一般热平衡可表述如下：

∑Ｑ扭＝∑Ｑ化＋∑Ｑ辩一∑Ｑ冒产一∑Ｑ气产一∑Ｑ黼（１）

（２）∑Ｑ＃＝∑Ｑ科同＋∑Ｑ辩气式中，∑Ｑ掘为加热过程中的热损失总和，就一定环境及过程条件而言，可以认其为定数；∑Ｑ化为燃料等可燃物质在燃烧时所放出的能量；∑Ｑ抖为加热过程中各组分物料所带入的能量；∑口目Ｐ，∑Ｑ气Ｐ分别为固体产物（如炉渣等）及气体产物排放时所带走的热量；∑Ｑ＃Ｈ为钢坯在加热升温时

吸收的热量，即有效热量。

国外加热炉应用富氧／全氧烧钢情况‘５剐

研究、应用的单位或个人及应用的设备

英国托儿伯特港韧轧厂加热炉进行富氧试验日本八幡四初轧加热炉

美国联台炭化公司林德分部进行了３次加热炉富氧试验，包括１次板坯加热炉试验．两次轧黼棒材和角钢的小型厂诗坯加热炉试验

ｎ０｜ｉｄ丑钢铁公司步进式加热炉进行富氧工业试验生产螺纹钢

美国美蒂姆第一个在均热炉上使用１００％氧燃烧嘴。用于轧制前加热钢锭瑞典的百禄一鸟德霍尔姆在５座台车式炉上安装氧燃烧嘴

瑞典奥瓦科钢铁厂开始在４２个均热炉和炉底可旋转炉上安装了氧燃烧嘴瑞典奥瓦科钢铁厂一座新的可旋转炉子投入使用

北美福格马斯特斯厂开始在六个锻造前加热室状炉上使用富氧燃烧技术瑞典欧托昆普不锈钢厂的连退不锈铜退火炉采用氧燃烧嘴欧美在积极发展无焰富氧燃烧一超低ＮＯ。和大型炉子

１９７３一ｌ卯４

１９７７—１９８４

１９７７

１９９０１９９３１９９４１９９７１９９９２００１

现今

１９７５１９９０—１９９３

武钢初轧厂对２州曼坑均热炉进行富氧烧钢

武钢初轧厂对中等坑进行丁富氧烧锕

上海宝钢均热炉应用富氧燃烧．燃耗下降，均热期缩短

长治钢铁集团四分厂复合中小型车间，采用天然气作为燃料．对轧钢加热炉进行了近一个月富氧试验，富氧２％左

右，产量提高了１５％一２０％

１９蚰一１９８２

…

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删。……

衄关钢铁集团公司五轧厂加热炉进行现场工业试验。适当的富氧率可提高产量、节约能源、降低成本。该实验得

出，较佳富氧率为３．５％一４．０％

２００・一２００ｚ嵩六橐臂答雾墓麓萑琶雩鬟￡誊象毫善鬻警的数值模拟’模拟结果表明’如果采用富氧３０％的空气－燃耗可降低

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对一定的加热炉，若固体物料一定，只有气体成分可变，上述平衡关系变为：

∑１９化＝ｚ＋∑Ｑ气产一∑Ｑ科气

（３）

而

∑Ｑ料气＝∑Ｑ月｝气＋∑Ｑ空气＝∑Ｑ∞Ｅ气＋Ｑ０２＋Ｑ托（４）

∑Ｑ气产＝∑Ｑ’气产＋Ｑ’＊

（５）（４）、（５）带人（３）式，化简为

∑口化＋∑口蟮气＝＃＋∑口’气产一Ｑ０２＋口’也～口恤（６）式中，＊是与固体及热损失相关的量，为大于Ｏ的常数；∑口’～产为气体产物（除氮气）排放所带走的

热量；Ｑ’Ｍ为产物中氮气排放所带走的热量；Ｑ。

仉、分别为空气中氧气与氮气所带人的能量，即物理热。采用富氧时，假定燃料量一定，所需纯氧量一定，∑Ｑ’，，变化亦不大。因氮气量的大大减少，且气体产物的温度远高于进气的温度。所以口’№一Ｏ№的值减少。由于ｘ为定数，所以∑Ｑ化＋∑Ｑ堪气就减少即燃料减少，能源消耗减少。

３．２提高炉内辐射能力

炉内热交换过程是一个相当复杂的过程，传导、对流、辐射三种热交换方式同时存在；并且还存在着燃料性质、供热量、供热方式等复杂因素。对钢锭加热面言。最有意义的是钢锭获得的有效热量。高温的炉气通过辐射加热钢锭。在某一温度下，炉气的辐射能量，即称炉内热交换强度，是由综合辐射系数和温度所决定的。

现行锅炉热工计算中，习惯上都把由贝尔定律所导出的气体单色发射率公式（７）式，近似的推广到多组分和非单色辐射的烟气，而不考虑这个公式是在热平衡条件下导出的。由此烟气辐射发射率“的计算公式为：

式中：ｒ烟气总压力，ＭＰａ；卜—平均有效射

ｓｇ＝１一ｅ一舢

（７）

线行程，ｍ；扣—气体辐射减弱系数。

应用实验结果确定的减弱系数＾的计算公式

Ｉ＾／１．‰Ｌ

Ｊ、Ｊｕ驯…２式中，‰。——烟气中水蒸气的容积百分比；㈦叫等州】×（１删函＂，

为：

Ｐ。。——烟气中三原子气体的分压力，ＭＰａ；Ｌ——

平均有效射线行程，“；Ｌ——烟气温度，Ｋ；

ｈ。——烟气中三原子分子的容积百分比。

式（８）在烟气温度范围４５０—１６５０℃内是足够精确的。

如图ｌ所示，以混合煤气为饲（煤气成分觅表３），计算得到烟气辐射率随氧气含量的增加而增加，当达到全氧燃烧时，烟气辐射能力提高近一倍。

３．３减少氧化铁皮的生成

目前国外在富氧燃烧方面已经发展到了全氧燃烧，由于炉子温度和氧气浓度是可控的，富氧燃烧技术尤其是新一代全氧燃烧技术的开发应用，使得产品的加热时间大大减少。用户经验和实验室实验表明，这会减少氧化铁皮的生成””。还有客户报告说，使用富氧燃烧后，产品表面特性得到了改善，以至表面清理都不用做了““。而在国内还没有进行相关研究。３．４减排特性

９０年代以来，更有效地进行加热和减少排放物一直是热工界的研究主题。起初，富氧燃烧就是简单的把纯氧添加到助燃空气中，以减少燃料的消耗，但很多时候减少排放物的效果并不理想。２０００年，降低总费用和应对更为严格的排放物控制法规成为新的研究主题”’。全氧燃烧由于没有氮气参与燃烧，在减排方面具有很大优势。美国能源部和美国钢铁协会均有文章报道，世界各国在全氧燃烧方面做了很多研究，特别是全氧燃烧器等先进技术的研究。目前最新的富氧

筐璋ｒ景

图１烟气黑度与助燃空气中氧气的比例关系

轰３

混合煤气成分

成分

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燃烧器技术研究重点就是如何同时降低ｃＯ：和Ｎ０。的排放””。

同时考虑到国际社会对温室气体的排放限制趋于严峻的背景下，世界各国均致力于研发采用ｃ０：稀释燃料来降低富氧扩散燃烧中Ｎｏ。排放的新方法”“。该方法提高了烟气中ｃＯ，浓度，利于ｃ０：的分离和回收””。据有关文献报道”…，常规空气燃烧采用烟气再循环（相当于正常燃烧空气体积的１５％一３０％），烟道气中Ｎｏ。排放量减少５０％左右。全氧燃烧对Ｎｏ。的减排亦有显著效果。在加热炉改造中，采用烟气再循环结合富氧燃烧技术，一方面降低了由于理论燃烧温度提高对耐火材料的要求，另一方面由于减少了烟气带走的热量，具有显著的节能效果。针对国内加热炉的改造，采用烟气再循环结合富氧燃烧技术对ＮＯ。排放的影响还有待进一步研究。４富氧燃烧技术发展趋势

由于富氧燃烧使得火焰高温化，由此导致的氮氧化物（ＮＯ，）排放增加是限制富氧燃烧技术推广的关键问题之一，为此国内外学者就如何降低Ｎｏ，排放进行了大量的研究工作。

许多实验研究表明，反应区中Ｏ：浓度也是影响Ｎｏ，生成的关键因素”“”１。０：浓度的增加直接刺激了Ｎ０。的产生。如何实现富氧条件下ｃ０：和Ｎｏ，的减排是一个广泛关注的课题。目前，全氧燃烧器的发明使用已有报道ｏ”，低Ｎｏ，富氧燃烧器的研究发展迅速。

国内加热炉还没有全氧燃烧的报道，全氧燃烧以及先进燃烧器在国内的推广还有很多工作要做，特别是在炉型设计、拓宽燃料使用范围以及炉压与炉气成分的控制等方面需要深入研究。

随着富氧燃烧中Ｎｏ，形成机理和抑制机理的研究逐步深化，以及应用技术的逐步成熟，富氧燃烧技术的应用领域将更加广泛。

５结论

（１）富氧燃烧技术及全氧燃烧技术在工业炉窑中的成功应用，将给钢铁企业带来巨大经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。

（２）富氧燃烧方式与传统燃烧方式比较。具有节能、增加烟气辐射能力以及缩短加热时

间、增加产量等优点。

（３）今后冶金工业炉窑应用富氧燃烧技术时，注意以下几个问题：高效、洁净富氧燃烧系统的最佳炉型；拓宽燃料使用范围，进行炉压与炉气成分有效控制；同时重点开发实用、可靠低Ｎｏ。排放的工程技术。其中稀释纯氧浓度的混合器和富氧燃烧器是技术上的关键，应投入一定的人力开展有针对性的研究开发。

（４）我国一些正在争取建成国际化都市的城市和著名的风景旅游城市很可能率先采用发达国家的环保标准，其它地区的环保也日益受到重视。全氧燃烧技术将在我国逐步得到推广。

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（下转第６０页）

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该厂加热炉仪表计算机系统进行改造，取得了技术进步及经济效益。

（１）实现了智能程序控制烧钢，统一了四班操作，操作方式由经验型、粗放型转化为数据型、科学型，稳定了烧钢工艺，提高了烧钢质量。

（２）系统的专家数据库优化模块实现了现有９类７４个钢种加热制度的优化，并为后续新钢种热工加热制度的建立与优化预留了足够的空间。

（３）使用该系统后，将钢坯开轧温度波动稳定在±２０℃的合理范围内，同根钢坯轴向温差±１５℃，稳定了轧制工艺，提高了轧材质量。

（４）使用该系统后，煤气单位潦耗降低５．５％，按年加热钢坯９０万吨，平均燃耗１００ｍ３／ｔ计算，年节约煤气４９５万ｍ３，煤气按Ｏ．３６元／ｍ’计算，年节约燃料费用１７８．２万元。

（５）使用该系统后。降低钢坯氧化烧损０．１％，按年加热钢坯９０万吨，节约原料９００

吨，每吨钢坯按３０００元，氧化铁皮回收１８０刀

吨计算，年节约费用２５３．８万元。

以上两项合计，年节约费用共：４３２万元。５结论

（１）实践表明：我国轧钢加热炉加热过程动态优化操作模型控制技术，依靠国虎自主知识创新，已经取得重大的突破，并日趋成熟。

（２）该项技术对于提高我国轧钢加热炉操作水平，稳定提高我国热轧钢材产晶质量、实现节能减排大有作为。

张长保编辑

（上接第４０页）

采用大辊径增速），轧钢机产量已经上升到８５∥ｈ。因此，７５∥ｈ的加热能力（冷坯）仍然满足不了生产需要。因此，今年将借鉴其他单位经验，实施实炉底缩短、纵水管不经过实炉底引出炉外，纵水管滑道上耐热滑块采用交叉布置，实炉底采用耐磨性能好的电熔刚玉材料，更进一步达到提高加热能力，降低能源消耗的目的。

４结束语

能直接影响加热炉的加热能力，采用快干超低水泥浇注料、蓄热体采用蜂窝体可以减少能量损

失，提高预热、蓄热能力，提高加热炉使用寿

命，而适当地提高燃料热值，实炉底长度尽可能短，实炉底构件尽可能避免使用水冷构件，纵水管滑道采用滑块交叉布置。交替接触锅坯，同样可以显著地提高加热能力，为企业创造更多的经济效益，值得同行企业在加热炉上推广应用。

万雪编辑

蓄热式加热炉炉体材料及烧嘴蓄热体材料性

（上接第４４页）

１３

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万冒编辑

富氧燃烧技术的应用现状分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

张霞， 童莉葛， 王立， 刘传平， Zhang Xia， Tong Lige， Wang Li， Liu Chuanping北京科技大学机械工程学院

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富氧燃烧技术的应用现状分析

张霞童莉葛

王立刘传平

（北京科技大学机械工程学院）

摘要介绍了富氧燃烧技术在加热炉上的应用。重点分析了富氧燃烧／全氧燃烧的节能特性及减排性能，最后还就发展趋势和有待进一步研究的问题进行了分析。

关键词富氧燃烧工业炉节能

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量。一方面需要燃料供热，耗费大量能源（近代随着燃料资源的减少，矛盾更加突出）；另一方面又生成大量的烟气，对环境造成严重污染。面对能源资源的减少及环境污染问题，未来的钢铁企业必须能够做到同时满足社会发展对钢铁材料的需求和人类对生存环境的质量要求。钢铁企业富氧的应用便是最好的解决办法之一，该项技术已被认为是近半个世纪以来钢铁业界的四大发明之一”１。尤其现今很多钢铁企业还存在着氧气放散的问题。富氧在经济上的可行性分析为其工业应用创造了良好的条件。

对于现代钢铁企业来说，资源、能源与环境问题已经成为制约其快速发展的瓶颈。节能降耗、减少排放是企业科学技术进步和可持续发展的必然选择。

钢铁企业作为能源消耗与污染排放大户，更应节约资源，应对能源危机以及环境压力。目前节能降耗的主要方法有富氧燃烧的应用、料坯热送热装、高温蓄热燃烧、连铸连轧ｃＳＰ短流程、热工设备的优化控制、耐火材料性能改进等。由于在节能和减排方面的优良性能，富氧或全氧燃烧技术越来越受到热工领域的青睐。本文主要讨论富氧燃烧技术的应用。

２富氧燃烧／纯氧燃烧技术在钢铁行业的发展及

应用

１９３７年，富氧在底吹转炉炼钢（Ｂｅｓｓ—ｅｒ）

上的应用是世界上最早的富氧冶炼技术”１。富氧技术应用的成功，促使富氧在有色冶金领域也得到重视。

富氧技术在工业上的早期研究与生产实践为其在冶金行业中大规模的生产应用建立了坚实的基础。西方发达国家及前苏联早在７０年代末就开始了富氧燃烧技术用于玻璃炉窑的研究，并在７０年代末８０年代初取得了良好的效果”’。同时，世界大多数国家如美国、英国、日本、俄罗斯、德国、法国、加拿大等均广泛推广和应用了富氧技术，应用范围越来越广”’。

在人类钢铁发展史中，从炼金术到现代钢铁，始终和能源消耗密不可分。早期的炼钢过程完全依赖于燃料在空气中燃烧以维持所需的热

收稿日期：２００７一０５—１６

张霞（１９８３～），硕士生；１０００８３北京市海淀区。

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ＭＥＴＡ【工即ＲｅＩＣＡＬ州ＤＵＳＴＲＹ

在２０世纪７０—８０年代一些小的高温炉如搪瓷熔块旋转炉为提高生产率开始使用纯氧燃烧，但在当时纯氧燃烧是不经济的。７０年代后期，由于阿拉伯石油禁运，造成燃料价格上涨，纯氧燃烧的经济性得到提高。计算表明，纯氧燃烧在某些高温炉上使用，其节能范围在４０％一６０％，与炉子热平衡预测相一致。纯氧燃烧还应用于铝熔解炉、玻璃熔解炉等。但８０年代中期燃料价格下降，该工艺又失去了经济性，因而纯氧燃烧技术并未得到广泛应用。８０年代后期限制Ｎｏ。排放问题为纯氧燃烧技术带来了新的机遇。

近ｌＯ多年来，从节能和减少污染排放的需要出发，纯氧燃烧技术在欧美、日本等国得到迅速发展，特别在钢铁工业炉窑和玻璃工业炉窑上得到了广泛的研究和应用”１。

表ｌ和表２分别介绍了国内外的富氧／全氧烧钢情况。

由于全连铸的出现，武钢初轧厂已改造为高线厂，新的加热炉未使用富氧燃烧技术。目前，国内未见其它加热炉使用富氧燃烧技术。

表ｌ

年份

１９６３—１９６６

３富氧燃烧与全氧燃烧主要技术特点３．１节能特性

用７８％氮气和Ｉ％氩气稀释氧气对于燃烧和传热并不是最好的。氮气在燃烧过程中被加热，为了节约燃料，传给氮气的能量必须回收。富氧燃烧大大降低了对燃气和烟道中氮气的加热ｕ…。对于一个正在生产的炉子，通过对炉膛内热平衡测定与计算，可以反映出炉子对热量利用的好坏程度并可确定燃料消耗量的大小。一般热平衡可表述如下：

∑Ｑ扭＝∑Ｑ化＋∑Ｑ辩一∑Ｑ冒产一∑Ｑ气产一∑Ｑ黼（１）

（２）∑Ｑ＃＝∑Ｑ科同＋∑Ｑ辩气式中，∑Ｑ掘为加热过程中的热损失总和，就一定环境及过程条件而言，可以认其为定数；∑Ｑ化为燃料等可燃物质在燃烧时所放出的能量；∑Ｑ抖为加热过程中各组分物料所带入的能量；∑口目Ｐ，∑Ｑ气Ｐ分别为固体产物（如炉渣等）及气体产物排放时所带走的热量；∑Ｑ＃Ｈ为钢坯在加热升温时

吸收的热量，即有效热量。

国外加热炉应用富氧／全氧烧钢情况‘５剐

研究、应用的单位或个人及应用的设备

英国托儿伯特港韧轧厂加热炉进行富氧试验日本八幡四初轧加热炉

美国联台炭化公司林德分部进行了３次加热炉富氧试验，包括１次板坯加热炉试验．两次轧黼棒材和角钢的小型厂诗坯加热炉试验

ｎ０｜ｉｄ丑钢铁公司步进式加热炉进行富氧工业试验生产螺纹钢

美国美蒂姆第一个在均热炉上使用１００％氧燃烧嘴。用于轧制前加热钢锭瑞典的百禄一鸟德霍尔姆在５座台车式炉上安装氧燃烧嘴

瑞典奥瓦科钢铁厂开始在４２个均热炉和炉底可旋转炉上安装了氧燃烧嘴瑞典奥瓦科钢铁厂一座新的可旋转炉子投入使用

北美福格马斯特斯厂开始在六个锻造前加热室状炉上使用富氧燃烧技术瑞典欧托昆普不锈钢厂的连退不锈铜退火炉采用氧燃烧嘴欧美在积极发展无焰富氧燃烧一超低ＮＯ。和大型炉子

１９７３一ｌ卯４

１９７７—１９８４

１９７７

１９９０１９９３１９９４１９９７１９９９２００１

现今

１９７５１９９０—１９９３

武钢初轧厂对２州曼坑均热炉进行富氧烧钢

武钢初轧厂对中等坑进行丁富氧烧锕

上海宝钢均热炉应用富氧燃烧．燃耗下降，均热期缩短

长治钢铁集团四分厂复合中小型车间，采用天然气作为燃料．对轧钢加热炉进行了近一个月富氧试验，富氧２％左

右，产量提高了１５％一２０％

１９蚰一１９８２

…

１０Ｒｄ

删。……

衄关钢铁集团公司五轧厂加热炉进行现场工业试验。适当的富氧率可提高产量、节约能源、降低成本。该实验得

出，较佳富氧率为３．５％一４．０％

２００・一２００ｚ嵩六橐臂答雾墓麓萑琶雩鬟￡誊象毫善鬻警的数值模拟’模拟结果表明’如果采用富氧３０％的空气－燃耗可降低

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对一定的加热炉，若固体物料一定，只有气体成分可变，上述平衡关系变为：

∑１９化＝ｚ＋∑Ｑ气产一∑Ｑ科气

（３）

而

∑Ｑ料气＝∑Ｑ月｝气＋∑Ｑ空气＝∑Ｑ∞Ｅ气＋Ｑ０２＋Ｑ托（４）

∑Ｑ气产＝∑Ｑ’气产＋Ｑ’＊

（５）（４）、（５）带人（３）式，化简为

∑口化＋∑口蟮气＝＃＋∑口’气产一Ｑ０２＋口’也～口恤（６）式中，＊是与固体及热损失相关的量，为大于Ｏ的常数；∑口’～产为气体产物（除氮气）排放所带走的

热量；Ｑ’Ｍ为产物中氮气排放所带走的热量；Ｑ。

仉、分别为空气中氧气与氮气所带人的能量，即物理热。采用富氧时，假定燃料量一定，所需纯氧量一定，∑Ｑ’，，变化亦不大。因氮气量的大大减少，且气体产物的温度远高于进气的温度。所以口’№一Ｏ№的值减少。由于ｘ为定数，所以∑Ｑ化＋∑Ｑ堪气就减少即燃料减少，能源消耗减少。

３．２提高炉内辐射能力

炉内热交换过程是一个相当复杂的过程，传导、对流、辐射三种热交换方式同时存在；并且还存在着燃料性质、供热量、供热方式等复杂因素。对钢锭加热面言。最有意义的是钢锭获得的有效热量。高温的炉气通过辐射加热钢锭。在某一温度下，炉气的辐射能量，即称炉内热交换强度，是由综合辐射系数和温度所决定的。

现行锅炉热工计算中，习惯上都把由贝尔定律所导出的气体单色发射率公式（７）式，近似的推广到多组分和非单色辐射的烟气，而不考虑这个公式是在热平衡条件下导出的。由此烟气辐射发射率“的计算公式为：

式中：ｒ烟气总压力，ＭＰａ；卜—平均有效射

ｓｇ＝１一ｅ一舢

（７）

线行程，ｍ；扣—气体辐射减弱系数。

应用实验结果确定的减弱系数＾的计算公式

Ｉ＾／１．‰Ｌ

Ｊ、Ｊｕ驯…２式中，‰。——烟气中水蒸气的容积百分比；㈦叫等州】×（１删函＂，

为：

Ｐ。。——烟气中三原子气体的分压力，ＭＰａ；Ｌ——

平均有效射线行程，“；Ｌ——烟气温度，Ｋ；

ｈ。——烟气中三原子分子的容积百分比。

式（８）在烟气温度范围４５０—１６５０℃内是足够精确的。

如图ｌ所示，以混合煤气为饲（煤气成分觅表３），计算得到烟气辐射率随氧气含量的增加而增加，当达到全氧燃烧时，烟气辐射能力提高近一倍。

３．３减少氧化铁皮的生成

目前国外在富氧燃烧方面已经发展到了全氧燃烧，由于炉子温度和氧气浓度是可控的，富氧燃烧技术尤其是新一代全氧燃烧技术的开发应用，使得产品的加热时间大大减少。用户经验和实验室实验表明，这会减少氧化铁皮的生成””。还有客户报告说，使用富氧燃烧后，产品表面特性得到了改善，以至表面清理都不用做了““。而在国内还没有进行相关研究。３．４减排特性

９０年代以来，更有效地进行加热和减少排放物一直是热工界的研究主题。起初，富氧燃烧就是简单的把纯氧添加到助燃空气中，以减少燃料的消耗，但很多时候减少排放物的效果并不理想。２０００年，降低总费用和应对更为严格的排放物控制法规成为新的研究主题”’。全氧燃烧由于没有氮气参与燃烧，在减排方面具有很大优势。美国能源部和美国钢铁协会均有文章报道，世界各国在全氧燃烧方面做了很多研究，特别是全氧燃烧器等先进技术的研究。目前最新的富氧

筐璋ｒ景

图１烟气黑度与助燃空气中氧气的比例关系

轰３

混合煤气成分

成分

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燃烧器技术研究重点就是如何同时降低ｃＯ：和Ｎ０。的排放””。

同时考虑到国际社会对温室气体的排放限制趋于严峻的背景下，世界各国均致力于研发采用ｃ０：稀释燃料来降低富氧扩散燃烧中Ｎｏ。排放的新方法”“。该方法提高了烟气中ｃＯ，浓度，利于ｃ０：的分离和回收””。据有关文献报道”…，常规空气燃烧采用烟气再循环（相当于正常燃烧空气体积的１５％一３０％），烟道气中Ｎｏ。排放量减少５０％左右。全氧燃烧对Ｎｏ。的减排亦有显著效果。在加热炉改造中，采用烟气再循环结合富氧燃烧技术，一方面降低了由于理论燃烧温度提高对耐火材料的要求，另一方面由于减少了烟气带走的热量，具有显著的节能效果。针对国内加热炉的改造，采用烟气再循环结合富氧燃烧技术对ＮＯ。排放的影响还有待进一步研究。４富氧燃烧技术发展趋势

由于富氧燃烧使得火焰高温化，由此导致的氮氧化物（ＮＯ，）排放增加是限制富氧燃烧技术推广的关键问题之一，为此国内外学者就如何降低Ｎｏ，排放进行了大量的研究工作。

许多实验研究表明，反应区中Ｏ：浓度也是影响Ｎｏ，生成的关键因素”“”１。０：浓度的增加直接刺激了Ｎ０。的产生。如何实现富氧条件下ｃ０：和Ｎｏ，的减排是一个广泛关注的课题。目前，全氧燃烧器的发明使用已有报道ｏ”，低Ｎｏ，富氧燃烧器的研究发展迅速。

国内加热炉还没有全氧燃烧的报道，全氧燃烧以及先进燃烧器在国内的推广还有很多工作要做，特别是在炉型设计、拓宽燃料使用范围以及炉压与炉气成分的控制等方面需要深入研究。

随着富氧燃烧中Ｎｏ，形成机理和抑制机理的研究逐步深化，以及应用技术的逐步成熟，富氧燃烧技术的应用领域将更加广泛。

５结论

（１）富氧燃烧技术及全氧燃烧技术在工业炉窑中的成功应用，将给钢铁企业带来巨大经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。

（２）富氧燃烧方式与传统燃烧方式比较。具有节能、增加烟气辐射能力以及缩短加热时

间、增加产量等优点。

（３）今后冶金工业炉窑应用富氧燃烧技术时，注意以下几个问题：高效、洁净富氧燃烧系统的最佳炉型；拓宽燃料使用范围，进行炉压与炉气成分有效控制；同时重点开发实用、可靠低Ｎｏ。排放的工程技术。其中稀释纯氧浓度的混合器和富氧燃烧器是技术上的关键，应投入一定的人力开展有针对性的研究开发。

（４）我国一些正在争取建成国际化都市的城市和著名的风景旅游城市很可能率先采用发达国家的环保标准，其它地区的环保也日益受到重视。全氧燃烧技术将在我国逐步得到推广。

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（下转第６０页）

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该厂加热炉仪表计算机系统进行改造，取得了技术进步及经济效益。

（１）实现了智能程序控制烧钢，统一了四班操作，操作方式由经验型、粗放型转化为数据型、科学型，稳定了烧钢工艺，提高了烧钢质量。

（２）系统的专家数据库优化模块实现了现有９类７４个钢种加热制度的优化，并为后续新钢种热工加热制度的建立与优化预留了足够的空间。

（３）使用该系统后，将钢坯开轧温度波动稳定在±２０℃的合理范围内，同根钢坯轴向温差±１５℃，稳定了轧制工艺，提高了轧材质量。

（４）使用该系统后，煤气单位潦耗降低５．５％，按年加热钢坯９０万吨，平均燃耗１００ｍ３／ｔ计算，年节约煤气４９５万ｍ３，煤气按Ｏ．３６元／ｍ’计算，年节约燃料费用１７８．２万元。

（５）使用该系统后。降低钢坯氧化烧损０．１％，按年加热钢坯９０万吨，节约原料９００

吨，每吨钢坯按３０００元，氧化铁皮回收１８０刀

吨计算，年节约费用２５３．８万元。

以上两项合计，年节约费用共：４３２万元。５结论

（１）实践表明：我国轧钢加热炉加热过程动态优化操作模型控制技术，依靠国虎自主知识创新，已经取得重大的突破，并日趋成熟。

（２）该项技术对于提高我国轧钢加热炉操作水平，稳定提高我国热轧钢材产晶质量、实现节能减排大有作为。

张长保编辑

（上接第４０页）

采用大辊径增速），轧钢机产量已经上升到８５∥ｈ。因此，７５∥ｈ的加热能力（冷坯）仍然满足不了生产需要。因此，今年将借鉴其他单位经验，实施实炉底缩短、纵水管不经过实炉底引出炉外，纵水管滑道上耐热滑块采用交叉布置，实炉底采用耐磨性能好的电熔刚玉材料，更进一步达到提高加热能力，降低能源消耗的目的。

４结束语

能直接影响加热炉的加热能力，采用快干超低水泥浇注料、蓄热体采用蜂窝体可以减少能量损

失，提高预热、蓄热能力，提高加热炉使用寿

命，而适当地提高燃料热值，实炉底长度尽可能短，实炉底构件尽可能避免使用水冷构件，纵水管滑道采用滑块交叉布置。交替接触锅坯，同样可以显著地提高加热能力，为企业创造更多的经济效益，值得同行企业在加热炉上推广应用。

万雪编辑

蓄热式加热炉炉体材料及烧嘴蓄热体材料性

（上接第４４页）

１３

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富氧燃烧技术的应用现状分析

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