純?nèi)几郀t煤氣鍋爐吸熱特點(diǎn)及運(yùn)行

1、純?nèi)几郀t煤氣鍋爐特點(diǎn)及運(yùn)行秦小東朱宇翔摘要：本文通過(guò)對(duì)高爐煤氣特性的分析，NG-220/9.8-Q1鍋爐的結(jié)構(gòu)的闡述，以及與燃煤鍋爐的比較，得出純?nèi)几郀t煤氣鍋爐的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行，得出高爐煤氣參數(shù)變化對(duì)鍋爐的影響。關(guān)鍵字：純?nèi)几郀t煤氣鍋爐 吸熱特點(diǎn) 運(yùn)行Characters of pure firing BFG boiler and operationQin Xiao-dong , Zhu Yu-xiangAbstract: Characters of pure firing BFG(blaster furnace gas) boiler absorbing heat are gotten

2、according to analyzing BFG characters and describing NG-220/9.8 Q1 boilers. Along with the operating experience, it is discussed how BFG parameters affect the operation of BFG boiler.Key words: Pure firing BFG boiler ; Characters of absorbing heat ; Operation. 0.前言高爐煤氣是冶金行業(yè)在高爐煉鐵過(guò)程中的一種副產(chǎn)品，高爐煤氣作為一種動(dòng)力燃

3、料具有熱值低，不易著火，燃燒不穩(wěn)定的缺點(diǎn)而且氣源不穩(wěn)定。相對(duì)于燃煤鍋爐，燃?xì)忮仩t的研究與設(shè)計(jì)要薄弱得多，特別由于高爐煤氣作為鍋爐的完全燃料，使鍋爐的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行都具有其特有的特性。本文主以上海威鋼能源公司的一臺(tái)220T/H的純?nèi)桓郀t煤氣的高溫高壓鍋爐為例，介紹了全然高爐煤氣高溫高壓鍋爐的特點(diǎn)，并著重闡述分析高溫高壓全然高爐煤氣鍋爐的吸熱特性與相應(yīng)的運(yùn)行要點(diǎn)。1.高爐煤氣的特性1.1高爐煤氣的成分及發(fā)熱量 高爐煤氣其主要可燃成分是CO和少量的H2，其余為惰性氣體N2和CO2,與其它動(dòng)力燃料相比它是一種低熱值燃料。表1為上海威鋼利用的高爐煤氣具體成分指標(biāo)。表1 高爐煤氣各成分的體積分?jǐn)?shù) %燃料成分C

4、OCO2H2N2含塵量含水量變化范圍21-2519-251-450-57 50mg/ m3 10g/ m3根據(jù)CO及H2的低位發(fā)熱量可計(jì)算出高爐煤氣的低位發(fā)熱量，見(jiàn)表2。表2 CO、 H2低位發(fā)熱量及高爐煤氣的低位發(fā)熱量COH2高爐煤氣低位發(fā)熱量kJ/ Nm312644107942763-3592推薦精選一般說(shuō)來(lái)，理論燃燒溫度隨著燃?xì)獾臀话l(fā)熱量的增大而增大。高爐煤氣的理論燃燒溫度比高發(fā)熱量的燃料低得多，各種燃料的理論燃燒溫度見(jiàn)下表3表3 各種燃料理論燃燒溫度對(duì)比燃料類別煙煤燃油天然氣高爐煤氣理論燃燒溫度1900-21002000-22001800-20001100-1300 通過(guò)上表，可發(fā)現(xiàn)高

5、爐煤氣的理論燃燒溫度較其它燃料相比要低很多，即使將其預(yù)熱至180其理論燃燒溫度也僅有1300，而火焰的熱輻射力又與其絕對(duì)燃燒溫度的四次方成正比，因而，燃用高爐煤氣所產(chǎn)生的火焰輻射力較低，同時(shí)燃用高爐煤氣時(shí)與燃用煤和油時(shí)不同，煙氣中不含有碳黑和灰粒，僅依靠煙氣中的三原子氣體傳遞輻射熱，因而高爐煤氣燃燒后所產(chǎn)生的煙氣自身的輻射力弱，與燃用煙煤的鍋爐相比全燃高爐煤氣的鍋爐的傳熱能力下降60。1.2 高爐煤氣燃燒煙氣量 純燒高爐煤氣鍋爐煙氣量大，下表4為產(chǎn)生1MJ燃燒熱燃料燃燒煙氣量。表4 產(chǎn)生1MJ燃燒熱各種燃料燃燒產(chǎn)生煙氣量對(duì)比燃料熱值產(chǎn)生煙氣量COAL25080KJ/Kg0.34 M3COAL2

6、0900 KJ/Kg0.37 M3COG16720 KJ/ M30.3 M3BFG3380 KJ/ M0.48 M3從上表可以看出，相同熱負(fù)荷情況下，高爐煤氣燃燒所產(chǎn)生的煙氣量比其它燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣量多30-60。燃用高爐煤氣產(chǎn)生的煙氣量多，因而煙氣的流速加快，對(duì)流換熱量正比與煙氣流速的0.8冪，對(duì)流加熱面的換熱強(qiáng)度勢(shì)必加強(qiáng)，易引起對(duì)流過(guò)熱器超溫同時(shí)排煙損失也較大。1. 高爐煤氣不穩(wěn)定性由于高爐煤氣是高爐煉鐵過(guò)程中的一種副產(chǎn)品，其主要參數(shù)熱值及壓力受制于高爐運(yùn)行工況。當(dāng)高爐工況發(fā)生變化時(shí)會(huì)引起高爐煤氣熱值、壓力大幅變化，在筆者從事的七年高爐煤氣鍋爐運(yùn)行生涯中，這種高爐煤氣熱值、壓力大幅變化

7、時(shí)有發(fā)生，熱值最大波動(dòng)幅度超過(guò)多，這一點(diǎn)與燃煤鍋爐有著很大區(qū)別。2.高溫高壓純?nèi)几郀t煤氣鍋爐簡(jiǎn)介 因?yàn)楦郀t煤氣熱值低，所以為了組織好高爐煤氣的燃燒，純?nèi)桓郀t煤氣鍋爐必然有其相應(yīng)特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)高溫高壓純?nèi)几郀t煤氣的鍋爐大部分由杭州鍋爐廠承擔(dān)制造，先后已在首鋼，上海威鋼公司，馬鋼等單位投入運(yùn)行。上海威鋼公司鍋爐型號(hào)為NG-220/9.8-Q1。2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5表5 NG-220/9.8-Q1鍋爐參數(shù)額定蒸發(fā)量220T/H過(guò)熱器出口溫度540推薦精選過(guò)熱器出口壓力9.81 MPa鍋筒工作壓力11.28 MPa給水溫度220鍋爐連續(xù)排污率 3冷風(fēng)溫度20煤氣進(jìn)口溫度202.2 基本結(jié)構(gòu) 高爐煤氣

8、屬于氣體燃料,所以全燃高爐煤氣鍋爐在一定程度上帶有燃?xì)忮仩t的屬性,但它也有因高爐煤氣熱值低所帶來(lái)的特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。爐膛為雙縮腰結(jié)構(gòu)，過(guò)熱器系統(tǒng)由屏過(guò)、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器組成，省煤器為兩級(jí)布置、空氣預(yù)熱器為單級(jí)布置，尾部是分離式熱管煤氣加熱器。50MW高溫高壓鍋爐受熱面的布置見(jiàn)圖1。 圖1 爐膛受熱面布置示意圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、爐膛采取雙縮腰結(jié)構(gòu)，將燃燒區(qū)與非燃燒區(qū)分隔開(kāi)，燃燒區(qū)敷設(shè)衛(wèi)燃帶，保證燃燒區(qū)域局部高溫。2、省煤器采用兩級(jí)省煤器非沸騰式省煤器加上沸騰式省煤器，以補(bǔ)充爐膛蒸發(fā)量不足。3、高爐煤氣和助燃空氣同時(shí)預(yù)熱，提高鍋爐效率，強(qiáng)化燃燒。 2.3 高爐煤氣燃燒方式及裝置燃料與空氣不預(yù)先混合

9、的燃燒稱為擴(kuò)散燃燒。由于氣體燃料與空氣的混合速度比燃燒反應(yīng)速度慢得多，因此，燃燒速度與燃燒完善性主要取決于混合過(guò)程的快慢和混合的完全程度。實(shí)際上，燃料與空氣的混合是靠它們之間的質(zhì)量擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)的，因此擴(kuò)散燃燒速度也只要取決于擴(kuò)散速度。推薦精選高溫高壓全燃高爐煤氣的鍋爐選擇的燃燒方式是擴(kuò)散燃燒方式。高爐煤氣燃燒器采用的是雙旋流燃燒器。布置方式多選前后墻對(duì)沖布置。雙旋流燃燒器能夠在大燃燒負(fù)荷下保證高爐煤氣和助燃空氣均勻混合穩(wěn)定燃燒。高爐煤氣和空氣分別進(jìn)入內(nèi)外套管。具體雙旋流燃燒器示意圖見(jiàn)圖2。 圖2 雙旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖該燃燒器的特點(diǎn)：1無(wú)預(yù)混段，有焰燃燒；2. BFG、二次風(fēng)（空氣）經(jīng)過(guò)切向葉

10、片同向旋轉(zhuǎn)，可加強(qiáng)擾動(dòng)，加強(qiáng)混合；由于BFG燃燒是均相燃燒對(duì)后期混合要求不高。最大特點(diǎn)就是前期混合好；3在中心區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，可抽吸爐內(nèi)高溫?zé)煔猓欣贐FG的著火，BFG與空氣充分混合火焰穩(wěn)定性好，不易產(chǎn)生回火和脫火；4火焰結(jié)構(gòu)為：只存在外最錐火焰錐面。5阻力特性好，總阻力水平低，能夠適應(yīng)高爐煤氣壓力在一定范圍的波動(dòng)；6單只燃燒器的功率大，負(fù)荷調(diào)節(jié)性好；3. 鍋爐受熱面吸熱特點(diǎn)3.1 220T/H高壓純?nèi)几郀t煤氣鍋爐與燃煙煤鍋爐受熱面對(duì)比(比較數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)1)3.1.1爐膛 表6為爐膛熱力計(jì)算數(shù)據(jù)。高爐煤氣理論燃燒溫度比煙煤低650，火焰黑度約比煙煤弱45%，使得爐膛輻射換熱量大大減少，比煙煤

11、降低了39.3%。而爐膛輻射受熱面需增加15。9%，輻射受熱面熱負(fù)荷降低47.6%，同時(shí)爐膛出口溫度下降50。表6 爐膛計(jì)算數(shù)據(jù)燃料種類輻射受熱面積m2理論燃燒溫度爐膛出口溫度吸熱量MJ煙煤756.91995102795.2高爐煤氣877.4134798157.83.1.2 過(guò)熱器推薦精選 一般的說(shuō)，過(guò)熱器的汽溫特性主要受到受熱面布置的影響。對(duì)于NG-220/9.8-Q1鍋爐在爐膛出口處布置有半輻射式受熱面屏式過(guò)熱器，吸收爐膛輻射熱，其余為對(duì)流過(guò)熱器。計(jì)算表明：高爐煤氣鍋爐輻射過(guò)熱器吸熱量只占總過(guò)熱吸熱量的5%，其汽溫特性基本接近純對(duì)流式過(guò)熱器的汽溫特性。表7為高溫和低溫過(guò)熱器的計(jì)算結(jié)果。表7

12、 高溫和低溫過(guò)熱器的計(jì)算數(shù)據(jù)燃料種類受熱面積m2煙氣流速m/s吸熱量MW高過(guò)低過(guò)高過(guò)低過(guò)高過(guò)低過(guò)煙煤9728708.78.721.0113.92高爐煤氣66451513.114.418.2714.79 以對(duì)流過(guò)熱器為主的過(guò)熱器系統(tǒng)，吸熱量主要取決于傳熱溫壓和傳熱系數(shù)。而高爐煤氣含有大量惰性氣體，燃燒產(chǎn)物的容積流量較大，對(duì)于50MW高壓鍋爐，燃用高爐煤氣時(shí)煙氣容積流量比燃用煙煤大50%多，相應(yīng)的煙氣流速也提高50%多，傳熱系數(shù)因此也大大提高?；谝陨戏治?，高爐煤氣鍋爐對(duì)流過(guò)熱器面積比煙煤鍋爐減小34%。3.1.3 省煤器 燃煤高壓鍋爐爐膛蒸發(fā)受熱面吸熱量占工質(zhì)從水到飽和蒸汽總吸熱量的88%，而高

13、爐煤氣鍋爐只能完成55%，其余必須有省煤器來(lái)完成。為此，高爐煤氣鍋爐省煤器沸騰度達(dá)到25%。計(jì)算表明對(duì)于50MW高壓鍋爐，省煤器吸熱量比燃用煙煤鍋爐增加2.6倍，受熱面積是燃用煙煤鍋爐的2倍左右。表8為省煤器的比較數(shù)據(jù)。表8 省煤器技術(shù)數(shù)據(jù)燃料種類受熱面積m2煙氣流速m/s傳熱系數(shù)kw m2/吸熱量MW煙煤18908.060.05112.8高爐煤氣381912.40.08646.23.2 純?nèi)几郀t煤氣與燃煤鍋爐的三種受熱面面積比較220T/H高壓純?nèi)几郀t煤氣鍋爐與燃煤鍋爐的爐膛、過(guò)熱器及省煤器的數(shù)據(jù)比較見(jiàn)表9，表9 爐膛、過(guò)熱器及省煤器的數(shù)據(jù)比較爐膛受熱面積m2過(guò)熱器受熱面積m2省煤器受熱面積

14、m2煙煤756.99721890高爐煤氣877.46443819增加比例0.16-0.341.024. 相關(guān)分析無(wú)論哪一種受熱面，其吸熱滿足公式 Q=KAT其中： K-換熱系數(shù) T-傳熱溫壓 A-換熱面積 鍋爐在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，遇到輸入鍋爐熱量（燃料原因）大幅波動(dòng)時(shí)，與燃煤鍋爐相比，燃高爐煤氣鍋爐的運(yùn)行參數(shù)變化有以下特點(diǎn)：1.當(dāng)輸入鍋爐熱量正向變化時(shí)，由于爐膛受熱面積增加，故爐膛受熱面吸熱增加較多。而過(guò)熱器受熱面積減少，故過(guò)熱器受熱面吸熱增加不多；2. 當(dāng)輸入鍋爐熱量負(fù)向變化時(shí)，由于爐膛受熱面積增加，故爐膛受熱面吸熱減少不多。而過(guò)熱器受熱面積減少，故過(guò)熱器受熱面吸熱減少較多。推薦精選5. 結(jié)論

15、純?nèi)几郀t煤氣鍋爐由于高爐煤氣的燃燒特性、鍋爐本身的結(jié)構(gòu)以及受熱面吸熱特點(diǎn)，相對(duì)燃煤鍋爐來(lái)說(shuō)，在鍋爐運(yùn)行調(diào)整中，可得出以下結(jié)論：1、 當(dāng)輸入鍋爐熱量大幅上升時(shí)（高爐煤氣熱值大幅升高，壓力大幅升高），由于爐膛受熱面吸熱增加較多，而過(guò)熱器受熱面吸熱增加不多。故主汽壓力成為主要控制對(duì)象，此時(shí)處理原則為：快速減少煤氣量，即減少輸入鍋爐的熱量從而迅速控制汽壓，以防止鍋爐出現(xiàn)超壓事故；同時(shí)防止燃燒器由于過(guò)負(fù)荷而燒壞。2、當(dāng)輸入鍋爐熱量大幅下降時(shí)（高爐煤氣熱值大幅下降，壓力大幅下降），由于爐膛受熱面吸熱減少不多，而過(guò)熱器受熱面吸熱減少較多。故汽溫成為主要控制對(duì)象，處理原則應(yīng)為：快速增加煤氣量，增加輸入鍋爐的熱量從而迅速控制汽溫，以防止出現(xiàn)蒸汽帶水事故。以上的運(yùn)行調(diào)整要點(diǎn)在實(shí)際運(yùn)行中已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。究其本質(zhì)，它來(lái)自于純?nèi)几郀t煤氣鍋爐吸熱特點(diǎn)，即由高爐煤氣的燃燒性質(zhì)所決