1、熱焚燒式焚燒爐工藝計算現將熱焚燒式尾氣焚燒爐工藝計算有關問題介紹于下供參考。王遇冬2013.03.26一、直接焚燒法由于H2s的毒性比SO2大得多，工藝污染物排放標準規定H2s的排放量比SO2嚴格得多，即SO2的排放量約為H2s的15倍。焚燒法是將硫磺回收裝置尾氣中的H2s以及其他形式的硫化物（SO2除外）全部燃燒生成SO2。燃燒過程可以是純粹的熱反應，也可以是催化反應。焚燒法可以降低尾氣的毒性，而總硫量并沒有變化。1 .熱焚燒法通常，熱焚燒法（熱氧化）是在由過剩氧的存在下在480810c進行的。大多數熱焚燒爐采用自然通風，利用煙道擋板控制空氣流率使其在負壓下運行，也可以采用強制通風使其在其正

2、壓下運行。過剩氧量應根據焚燒爐和燃燒器的結構和性能確定。采用氣體燃料燃燒時一般在1.051.15甚至更高。雖然尾氣中含有各種可燃物，例如H2S、COS、CO、H2及元素硫甚至姓類化合物，但由于它們的總含量一般不超過尾氣量的3%,因而這些可燃物是在分出低的濃度下燃燒的。因此，整個尾氣流必須在足以將元素硫和硫化物氧化為SO2的高溫下焚燒，即焚燒溫度（爐膛煙氣溫度）應確保尾氣中的元素硫和硫化物完全氧化生成SO2。圖1和圖2為熱焚燒爐的示意圖。圖1不回收熱量的焚燒爐B<£*a-u»培二鼻I姐gt球mrw明”事星.rffin,&8修*.1/1|>)cri«

3、;t»也憩H£1鞏國11n亡捺甘加幻事"工/U-5聯£在圖2回收熱量的焚燒爐回收焚燒爐爐膛出口煙氣中熱量也是一種提高其經濟性能的方法。利用煙氣的余熱產生飽和蒸汽的壓力一般在0.353.10MPa,而且還可利用此余熱將飽和蒸汽過熱。但是，在評價這種方法時還必須考慮煙氣排放溫度較低時對其在大氣中漂流的影響，因而就涉及到對所需煙筒高度的影響。帶有余熱回收的焚燒爐一般采用強制通風在正壓下運行。|一確定了尾氣加熱所需溫度后，即可確定熱焚燒爐所需的燃料氣量、空氣量和高溫煙氣量。一般情況下焚燒爐的尺寸按高溫煙氣在爐膛的停留時間至少為0.5s確定，有時也可高至1.5s。

4、停留時間越長，為了滿足環保要求所需的焚燒溫度就越低。圖3是一個典型的熱焚燒爐，為了符合最嚴格的H2s排放要求，即10X10-6（體積分數）時的高溫煙氣停留時間與溫度的關系。基準：煙氣中H2s最高含量10X10-6（體積分數），O2含量名勺為2%圖3焚燒爐內煙氣停留時間與所需溫度的典型關系圖高溫煙氣在爐膛中的停留時間確定后，即可求得爐膛體積，并需核對具體積熱流密度（體積熱強度）是否合適。2 .催化焚燒法采用催化焚燒法（催化氧化法）可以將焚燒爐的燃料氣消耗量明顯降低。此法系通過燃料氣與流量加以控制的空氣燃燒放熱將尾氣流加熱至大約310420C,然后將加熱了的尾氣通過催化劑床層焚燒。催化焚燒一般采用

5、強制通風，在正壓下運行以便使過剩空氣量的控制更加精確。當燃料氣費用很貴，采用常規的熱焚燒法不經濟時可考慮采用催化焚燒法。二、燃燒過程計算由上可知，在尾氣焚燒爐中的燃燒過程包括燃料氣的燃燒和尾氣中可燃物的燃燒兩部分。其中，前者是為尾氣中可燃物燃燒提供足夠的高溫，后者是為了將尾氣中的元素硫和硫化物完全氧化生成SO2o二者的燃燒過程計算基本相同，只是尾氣中僅僅是一些可燃物進行燃燒，其他非可燃物則作為惰性氣體被加熱后進入高溫煙氣中。現以燃料氣燃燒過程為例加以說明。3 燃料的種類、組成和發熱量油氣生產過程中采用的燃料有液體燃料和氣體燃料兩種。液體燃料多為重質燃料油，氣體燃料則多為天然氣。燃料最重要的特性

6、是其組成（燃料油為元素組成，燃料氣為組分組成）和發熱量。1 .燃料組成燃料油的元素組成通常用油中所含的碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、水分（W）和灰分（A）的質量百分數來表示。其中主要是碳和氫。氧、氮和灰分的含量很少，往往可以忽略不計。燃料油的元素組成可用元素分析法直接確定，在無實驗數據時，也可根據燃料油的相對密度由經驗公式估算。氣體燃料的組成則用各組分的體積百分數或摩爾百分數表示。2 .燃料的發熱量單位質量液體燃料或單位體積氣體燃料完全燃燒時的熱效應稱為燃料的燃燒熱。燃燒熱的絕對值稱為燃料的熱值。對于反應產物可能是氣態或液態的那些化學反應，其熱值有高、低之分。燃燒產物（例如水）為氣態

7、時得到的是低熱值Qi；燃燒產物為液態時得到的是高熱值Qho二者之差等于燃燒產物由氣態凝結成液態時所放出的相變始。由于在加熱設備中，燃燒后生成的水總是以氣態形式存在，故今后在燃燒計算中均采用低熱發熱量。燃料油的發熱量是指1kg燃料完全燃燒時所放出的熱量，其單位為kJ/kgo燃料油的密度越小，熱值越高。燃料油發熱量可由實驗測定，或根據其元素組成（質量百分數）計算，即低發熱量Qh=4.1817C13400Ql=4.181.7C12-46S2-6(OS2-6(O-W6式中C、H、S、O、N分別為燃料油中碳、氫、硫、氧、水分的質量百分數。例如碳為86%,則C=86o燃料氣的發熱量常用1m3燃料完全燃燒時

8、所放出的熱量來表示，其單位為kJ/m3。必須注意的是，熱值單位中的m3指0C、101.325kPa或15.6C、101.325kPa時的體積，計算時應根據具體情況采用其中一種并注意統一。燃料氣的發熱量可由其組分組成yi和各組分的發熱量（高發熱量qhi或低發熱量qii）計算，即高發熱量Qh八yiqhi低發熱量Q|="yiqii理論空氣用量與過剩空氣系數為保證燃料完全燃燒，必須在燃燒過程中供給足夠的空氣量。止匕外，為了加速重質液體燃料的加熱、蒸發、分解和燃燒，使其盡量達到充分燃燒，還需將燃料油霧化成微粒，并形成一定流量密度分布。燃料油的霧化有機械霧化、蒸汽霧化和聯合霧化三種。1 .理論空

9、氣用量液體燃料液體燃料完全燃燒時所需的理論空氣用量，可根據化學反應式求得，即C+O2>CO2123244即燃燒1kg的碳需要32/12=2.67kg的氧。1 -h2-02>h2o221618即燃燒1kg的氫需要16/2=8kg的氧。S+O2>SO2323264即燃燒1kg的硫需要32/32=1kg的氧。由于燃料中自身所含的氧也參加了反應，故由空氣供給的理論用氧量LO2為kg氧/kg燃料LO2-0.0267C0.08H0.01S-0.01O空氣中氧氣的質量含量大約是23%,將上式右側各項分別除以0.23,則燃燒1kg液體燃料需要的理論空氣量L0為L0=016c+0.348H+O

10、.0435（S-。）kg空氣/kg燃料氣體燃料空氣中氧氣的體積含量大約是21%,故氣體燃料完全燃燒時所需要的理論空氣量V。為1nm3空氣/m3燃V0=02110.5yH2+0.5yco+£(m+4|ycmHn+1.5%2s-yo2料式中yH2、yco、yCmHn、yH2S、2分別為各組分在氣體燃料中的體積分數。2.過剩空氣系數在實際操作中，空氣與燃料的混合總不能非常充分，所以要使燃料完全燃燒,必須供給比理論空氣量多的空氣。實際加入的空氣量與燃料完全燃燒所需的理論空氣量之比稱為過剩空氣系數，通常以"表示，即a=L0V。式中L、V分別為實際加入的質量和體積空氣量。過剩空氣系數是

11、影響包括焚燒爐在內的明火加熱設備熱效率的一項重要指標。口太小，空氣供應不足，燃料不能充分燃燒，加熱設備熱效率低；1a太大,空氣供應量過多，相對降低了燃燒溫度和煙氣的黑度，影響傳熱效果。而且，也增加了排出的煙氣量和熱損失，使明火加熱設備熱效率降低。此外，過多的空氣還會使煙氣中的氧含量增加，加劇了爐管或火管表面的氧化脫皮，從而使其壽命縮短。因此，在保證燃料完全燃燒的前提下，應盡量降低過剩空氣系數。影響過剩空氣系數的因素有燃料性質、燃燒器的性能、明火加熱設備的密封性、測控水平，以及操作人員的水平等。對液體燃料，取儀=1.21.4;對氣體燃料，取"=1.051.15。在實際操作中，也可利用煙

12、氣分析結果計算過剩空氣系數，即._100-yco2-yo2一-100-yco2-4.76yo2式中yco2、yQ分別為煙氣中c。2、O2的體積百分數。熱效率與燃料量1 .熱效率明火加熱設備的熱效率直接影響著其燃料用量。熱效率”是被加熱介質吸收的熱量(即熱負荷)與燃料燃燒時放出的總熱量之比。它是衡量明火加熱設備燃料消耗的重要指標。對于焚燒爐這樣的明火加熱設備，由于是將進入爐膛的尾氣直接加熱至一定高溫使其焚燒，故不必考慮熱效率。根據熱效率的定義，有兩種表示形式，即正平衡QB一生、反平衡<QB>式中：Qb燃料完全燃燒所放出的熱量，Qb=Qe*Qs,kJ/h；QE一有效熱量，kJ/h；QS

13、-損失熱量，QS=Q2+QL,J/h；Q2煙氣在溫度T2下離開明火加熱設備時帶走的熱量，kJ/h；Ql一明火加熱設備的散熱損失，kJ/ho2 .燃料量燃料量B(kg/h)可根據有效熱負荷Qe、熱效率"和燃料的低熱值Ql求得,Qe當加熱設備只加熱一種流體時，有效熱負荷Qe可按下式計算，即Qe二m|ehv1一e兒一R式中：m被加熱流體的流量，kg/h；hv一流體在離開加熱設備溫度下的氣相比始，kJ/kg；hL一流體在離開加熱設備溫度下的液相比始，kJ/kg；hi一流體在進入加熱設備溫度下的液相或混合相比始，kJ/kg；e流體在離開加熱設備溫度下的質量氣化率，%。煙氣組成與流量1 .煙氣組

14、成假定燃料完全燃燒,燃燒后不產生CO,對液體燃料作元素平衡則有碳平衡氧平衡氮平衡硫平衡水平衡mco2=0/1200mo2=0.23(:-1)Lo/32O/3200mN2=0.77aL0/28+N/2800mSO2-S/3200mH2o=(Gh2oW/100)/18H/200式中：叫一每kg液體燃料燃燒后所生成的某一組分的摩爾數，mol/kg；Gh201kg液體燃料燃燒時所需的霧化蒸汽量，一般取(0.30.5)kg/kg燃料。對氣體燃料作元素平衡則有碳平衡氧平衡mo2=0.21(1-1Myo2氮平衡mN2=0.79V0yN2mco-ych+2y2ClH3yCh+yoco硫平衡水平衡mso=yh2sys2omH2o=2yCH3y0H4y3CHyHsy2HyHo式中：mi每kmol氣體燃料燃燒后所生成的某一組分的摩爾數，mol/kmol燃料。因此，液體、氣體燃料燃燒后所產生的煙氣組成為y,二甲/"用,式中：乂一煙氣中各組分的體