摘要：文章以某钢铁企业轧材厂棒二加热炉为实践对象，通过烟气再循环技术改造实现NOX超低排放。采用单因素影响数据分析方法，系统研究了烟气再循环率、空燃比和炉膛温度对NOX排放的影响规律。研究结果表明，当烟气再循环掺混后空气氧量控制在15.5%~16.5%、空燃比1.05~1.08时，NOX排放浓度可稳定低于80mg/m3，同时保证加热炉热效率不低于60%。该技术方案为同类加热炉超低排放改造提供了可靠的技术参数和实践参考。

　　关键词：轧钢加热炉；烟气再循环；燃烧优化；单因素影响分析；氧量控制

　　1研究背景

　　1.1加热炉原始情况

　　文章以某钢铁企业的轧材厂棒二加热炉为例，该加热炉为上下加热、空煤气双蓄热步进梁式结构，主要技术参数如表1所示。

　　1.2存在问题分析

　　原加热炉采用常规燃烧技术，NOX排放浓度在180~220mg/m3之间波动，无法满足《钢铁行业超低排放改造工作方案》中200mg/m3的限值要求。通过烟气成分分析发现，热力型NOX占比达65%~70%，表明高温区燃烧控制是减排关键。

　　2烟气再循环技术分析

　　2.1烟气再循环技术原理

　　烟气再循环法是典型的低NOX燃烧技术，其工艺流程如下：从空气引风机出口抽取的烟气，通过再循环风机将抽取的烟气送入空气-烟气混合器，与空气充分混合后一起送入炉膛。其中，再循环烟气量与未采用烟气再循环时的总烟气量之比，称为烟气再循环率。理论研究表明，NOX的降低率随着烟气再循环率的增大而提升[1]，且该效果与燃料种类和燃烧温度有关。燃烧温度越高，烟气再循环率对NOX降低率的影响越大。烟气再循环的核心作用在于利用加热炉尾部烟气含氧量较低的特点，通过在助燃风中掺入部分烟气降低助燃风含氧量，进而抑制燃烧过程中NOX的生成。该系统通过降低燃烧区氧浓度和温度，可同时抑制热力型NOX和快速型NOX的生成[2]。

　　2.2棒二加热炉烟气再循环系统研究方法

　　在棒二加热炉原有空气入口管道增设烟气再循环系统，烟气抽取点设于空烟引风机出口与烟囱之间的空烟总管，抽取的烟气经循环风机加压后送至各段空气调节阀后的空气管道内与空气混合[3]。通过该改造降低空气含氧量，由原有空气侧21%降至16%左右，结合合理配风、空燃比优化及炉膛局部高温区抑制，有效降低NOX的大量生成[3]。再循环烟气流量通过管道氧量表调节烟气再循环系统管道阀门，具体烟气输送路径为，从空烟风机出口引出烟气，经再循环高压风机汇入空气鼓风机出口三段支管中，具体流程如图1所示。

　　3实验结果与分析

　　3.1烟气再循环运行数据分析与讨论

　　为评估烟气再循环技术在轧钢加热炉中实现超低NOX排放的可行性与运行效果，对棒二加热炉实施该技术后的实际运行数据进行了系统采集与分析，结果如表2所示。该数据集记录了不同工况下关键运行参数与污染物排放浓度的变化情况，为后续单因素影响分析提供了实证基础。在测量过程中，发现煤烟侧流量波动大，使用TESTO-340仪器测量时没有流量补偿功能，煤烟烟气成分测量数据不准确，故取空烟侧NOX、O2作为参考数据，通常煤烟侧烟气氧量低于空烟侧，NOX折算后数值略低于空烟侧。

　　由表2可见，在设定助燃空气氧量约为16%的运行条件下，加热炉NOX排放浓度呈现出显著的波动性，最低可达51.06mg/Nm3，最高达166.47mg/Nm3，部分工况下低于100mg/Nm3的预期目标。这一结果表明，烟气再循环技术在合理控制下具备实现NOX深度减排的潜力，验证了技术方案的可行性。进一步分析发现，NOX排放水平与多个运行参数密切相关：

　　首先，助燃空气氧量是影响NOX生成的关键因素之一。当助燃空气氧量加权平均值偏高（如7月4日14：25，达16.70%）时，NOX浓度显著上升至166.47mg/Nm3，表明过量氧气增强了炉内氧化性气氛，促进了燃料型与热力型NOX的生成。相比之下，氧量控制在15.93%~16.09%区间时，NOX排放明显降低，支持了将助燃空气氧量控制在15.5%~16.5%为宜的优化方向。

　　其次，排烟温度对NOX排放具有显著正相关性。对比7月4日两组数据：当排烟温度为106℃时，NOX浓度为51.06mg/Nm3；而当温度升至126℃时，NOX浓度骤增至166.47mg/Nm3。该现象与高温促进热力型NOX生成的机理一致，说明有效控制排烟温度是实现稳定低排放的核心环节。同时，燃料热值的变化（如高焦转气混合热值>2500kcal/m3vs高转气混合1581kcal/m3）影响燃烧强度与烟气量，进而间接导致排烟温度波动，需通过调节配风与烟气循环比例进行动态补偿[4]。
　　此外，燃烧效率与空烟侧氧量的协同控制亦至关重要。表中空烟侧O2浓度介于3.1%~4.4%，基本处于建议的3%~5%合理区间，但对应CO浓度波动较大（967~7091ppm），反映出燃烧稳定性仍有优化空间。高CO值提示燃烧不充分，可能源于混合不均或局部缺氧，需结合空烟侧氧量实时调整配风策略，以兼顾燃烧效率与低NOX排放[5]。

　　3.2单因素影响分析

　　3.2.1氧量控制影响

　　实现低氮燃烧的前提是空燃比的精准控制，同时减少燃料热值的波动[6]。如图2所示，随着排烟氧量升高，排烟中CO浓度降低，炉内化学未完全燃烧热损失降低，因此，运行时应将空烟侧氧量控制在3%~5%，氧量过高时，炉内氧化性气氛增强，会加速N与O的结合，NOX排放值会升高；氧量过低时，CO浓度升高，炉门冒火，不安全也不经济。

　　3.2.2排烟温度影响

　　如图3所示，NOX浓度受排烟温度影响很大，随着排烟温度升高，NOX浓度随之升高，排烟温度由106℃逐渐升高至126℃,NOX排放浓度由51.06mg/Nm3逐渐升高至166.47mg/Nm3。

　　由图2、图3分析可知，当混合燃气热值较高时，燃气中甲烷及其他烷烃类物质含量增加，混合燃气的理论空气消耗量升高，同热负荷条件下，燃气流量降低，煤烟侧蓄热体受进入炉内的燃气换热量下降，煤烟侧排烟温度升高。运行时为抑制煤烟排烟温度的升高，会将煤烟流量减少，空烟流量增大，导致空烟侧排烟也会超温。排烟侧温度超标会使预热后空气、燃气温度超温，经蓄热烧嘴燃烧后燃烧区域局部温度升高，热力型NOX加速生成。

　　因此，在生产过程中合理配比燃料，增加高炉煤气比例，将燃料热值配置在设计范围内，NOX排放高、排烟温度高等问题会得到解决[7]。或者对加热炉进行燃料适应性改造，将蓄热烧嘴改造成适合燃用2500大卡以上热值的形式。配合烟气再循环系统的情况下，NOX排放值可以稳定控制在100mg/Nm3以内。

　　3.2.3循环烟气量影响

　　将烟气再循环系统掺混后空气氧量设定为16%，观察在不同烟气量情况下排烟中NOX浓度的变化情况，如图4所示。

　　由图2可知，随着循环总烟气量的增长，NOX排放浓度呈下降趋势，分析可得，烟气再循环掺混后空气氧量维持在15.5%~16.5%区间，在保证燃料在炉内充分燃烧的前提下，能够将炉温和氮氧化物控制在合理范围内。高负荷时应尽量开大，同时兼顾助燃风含氧量不要低于15%；低负荷时可适当关小，同时保证空气支管混合温度不要低于45℃。

　　棒二加热炉共7个燃烧单元，预热段、均热段各两个，加热段3个燃烧单元。正常加热钢坯时，所有燃烧单元全开，此时为高负荷，燃料用量大，此时应尽量开大烟气再循环各段的烟气调节阀，增大掺入的烟气量，同时注意掺混后助燃风含氧量不要低于15%；当加热炉处于停轧保温或者入炉钢坯温度高于600℃时，因燃料需求量小，操作工会适当关闭各段的烧嘴，如预热段开1组，加热段开2组，均热段开1组。此时，各段为低负荷运行，燃料用量小，应适当关小烟气再循环各段的烟气调节阀，减少掺入的烟气量，同时保证掺混后空气支管混合温度不要低于45℃。

　　4结论与建议

　　综上所述，烟气再循环技术可使轧钢加热炉NOX排放稳定控制在80mg/m3以下，工程实践表明，该技术方案在保证排放达标的同时，能维持热效率在65%以上，具有良好经济效益。

　　烟气再循环技术的运用实践需重点关注以下方面：①精准控制空燃比，参考最新的轧钢加热炉节能运行设计规范，将炉内残氧量控制在1%~3%，可保证炉内微氧化性气氛，同时减少燃料热值的波动；②使用混合煤气的加热炉，在生产过程中要合理配比燃料，增加高炉煤气比例，将燃料热值配置在设计范围内。

参考文献

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　　［2］蔡志春，张顺玲.烟气超低排放技术在锅炉上的应用［J］.设备管理与维修，2024（23）：182-184.

　　［3］罗晨，马素霞，冯于川，等.选择性非催化还原烟气脱硝技术的研究现状与发展［J］.电力科技与环保，2024，40（6）：603-614.

　　［4］刘平，王敏，张文振，等.基于烟气再循环的浸没燃烧器低NOX燃烧改造研究［J］.能源科技，2024，22（6）：40-44+50.

　　［5］韦华兴，梁海涛，蒙政，等.轧钢加热炉低氮排放技术实际应用［J］.工业炉，2025，47（2）：57-60.

　　［6］刘福泉.减少工艺加热炉烟气中NOX排放量的措施［J］.化工管理，2022（28）：52-55.

　　［7］饶秀亚，周强，张子琪，等.褐煤燃烧过程中NO和N2O的生成特性［J］.中南大学学报（自然科学版），2025，56（7）：2966-2974.