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纯煤气锅炉装设蓄热稳燃器技术分析利用

高辉
摘 要：高炉煤气热值低，导致辐射传热能力低，烟气量大大高于其它燃料，造成省煤器沸腾率增高，引起省煤器容易爆管。介绍了水钢2#锅炉通过炉膛内装设了蓄热稳燃器技术改造后，找到了解决省煤器爆管、高炉煤气燃烧不完全途径，提高了高炉煤气完全燃烧率。
关键词：高炉煤气 纯煤气锅炉 蓄热稳燃器
： TF547 ： A
引言
钢铁企业目前使用的锅炉大部分是运行年代已久的中小型煤气、煤粉混烧锅炉，随着全国钢铁企业的发展，钢铁企业工艺生产中将产生大量的高炉煤气，因此各企业合理利用二次资源将刻不容缓。2008年水钢对2#锅炉进行炉膛内装设蓄热稳燃器技术改造，找到了高炉煤气充分完全燃烧途径。
一、2#锅炉简介
水钢2#锅炉2000年大修后为JG-35/3.82-Q型锅炉是中压参数，自然循环全燃高炉煤气锅炉。由于运行时间长，设备老化，锅炉效率偏低，造成了大量的资源浪费。2008年水钢对2#锅炉进行技术改造，从多烧高炉煤气角度出发，高炉煤气燃烧器采用特有的旋流式燃烧器，同时在燃烧器区域的炉膛中间装设了蓄热稳燃器，进入燃烧器的空气温度达到350℃，从而促进了高炉煤气的及早着火，又保证了煤气在高温区域内尽快燃尽，提高了锅炉效率。
1.1燃料：
高炉煤气（90%）：CO2 =22% CO= 24.5% H2=2.2%
N2=50.1%O2=0.3% CmHn=0.9%
Qd=3693KJ/Nm3
焦炉煤气（10%）：CO2=2.0% CO=10%H2=49.8%
N2=10.6% CH4=24.4% CmHm=2.9%O2=0.3% Qd=17091KJ/Nm3
高炉煤气压力(炉前压力): >350mmH2O
焦炉煤气压力(炉前压力): >150mmH2O
1.2燃烧设备
高炉煤气燃烧器呈四角布置，与炉膛下部蓄热稳燃装置相配合，形成切圆燃烧，保证了全烧高炉煤气所需的温度场及燃烧工况，单层布置，标高为3米。燃烧器为旋流式，并在燃烧器端部设置稳燃装置，预温段长度为150mm；中间装有焦炉煤气点火喷管，设计耗气量为4000Nm3/h。燃气侧叶片与轴线夹角为45°，空气侧叶片为30°，煤气侧和空气侧叶片的旋向一致，且和切向进风后在燃烧器内旋向一致，以保证得到满意的燃烧效果。
焦炉煤气燃烧器呈四角切圆布置燃烧，保证了全烧高炉煤气所需的温度场及燃烧工况，单层布置，标高为7米。燃烧器为旋流式，并在燃烧器端部设置稳燃装置，预温段长度为150mm；中间装有焦炉煤气点火喷管，设计要求纯烧焦炉煤气要达到70%的负荷，耗气量为4528Nm3/h。煤气侧叶片与轴线夹角为45°，空气侧叶片为30°，煤气侧和空气侧叶片的旋向一致，且和切向进风后在燃烧器内旋向一致，以保证得到满意的燃烧效果。
因锅炉所用燃料为煤气，因此应装有自动点火装置及火焰监控装置，自动点火装置、火焰监控及灭火保护装置由用户自选，并配置在炉膛适当地方。
2#锅炉燃烧器按纯烧高炉煤气达到100%负荷设计和纯烧焦炉煤气达到70%负荷设计。
二、高炉煤气特性
1、高炉煤气特性
（1）高炉煤气中不燃成分多，可燃成分较少（约30%左右），发热值低，一般为3344—4180千焦/标米；（2）高炉煤气是无色无味、无臭的气体，因CO含量很高、所以毒性极大；（3）燃烧速度慢、火焰较长、焦饼上下温差较小；（4）安全规格规定在1米³空气CO含量不能超过30mg；（5）着火温度大于700OC。 (6) 高炉煤气含有H2（1.5-3.0%），CH4（0.2-0.5%），CO（25-30%），CO2（9-12%），N2（55-60%），O2（0.2-0.4%）;密度为1.29-1.30Kg/Nm3。
2、高炉煤气燃烧后烟气对受热面的影响
高炉煤气热值低，理论燃烧温度一般在1300℃以下，其燃烧产物中仅含有微量固体颗粒，主要依靠CO2、H2O等三原子气体分子进行热辐射放热，所以辐射传热能力较低，由于煤气中废气量远大于燃烧成分，故烟气量大大高于其它燃料。此类锅炉的常规设计中辐射换热量与对流换热量比例为1：2，排烟温度在 160℃左右，排烟损失超过了10%。另外对流换热比例较大，也从一定程度上提高了省煤器的沸腾率，从而使省煤器蛇形管中汽化水混合物的比容增大，流速增高，流动阻力增大。另一方面，因省煤器各蛇形管排间不可避免地存在细微的水力及热偏差，受热强度大管排中汽含量大于其它管排，比容增加，流动阻力增大，而进水量偏小使汽含量进一步增大，由此恶性循环，产生汽阻，管内介质温度上升，出现过热，而管壁得不到正常冷却，其温度急剧上升，大大降低了机械性能而导致爆管。另一方面，省煤器沸腾率增大，管内汽水混合物流速增高，对管内壁冲刷力度增大，特别在弯头部位，管壁因冲刷而减薄导致爆管。我车间1#锅炉为煤、气混烧锅炉，由于高炉煤气富余，现成了纯烧煤气锅炉，在运行中常出现省煤器爆管，其原因就在于此。
三、高炉煤气燃烧及蓄热稳燃器燃烧技术分析利用
高炉煤气其组成成分中惰性气体（N2、CO2等）占大部分，且可燃成分主要为CO；因而它的低位发热值极低，一般情况下，其发热值仅为2930KJ/Nm3～3550KJ/Nm3。 由于高炉煤气中含有大量的惰性气体，可燃成份少，每立方米煤气燃烧时参与燃烧的空气也少，但要产生一定量的热量，所需要的煤气量就要大，每吨蒸汽产生的烟气为燃煤锅炉烟气量的1.7倍；煤气中极少含硫，加上CnHm含量也极少，烟气的露点较高，即使在点火初期也不会结露。高炉煤气中的可燃成分主要为CO，混合气中的CO浓度及着火环境是决定高炉煤气的着火温度的两要素；实验证实高炉煤气于空气的混合气中高炉煤气的着火浓度为35%～71%，着火温度为530℃～660℃，这种着火条件要求较高，但因其燃烧为气气单相化学反应，只要技术措施组织正确，燃烧效率也能达到满意程度。高炉煤气的特性决定了其理论（绝热）燃烧温度低（理论燃烧温度仅为1250℃～1300℃），这个温度仅为燃煤的理论燃烧温度的60%左右，在运行的物理特性是火焰的中心温度较低、化学反应速度也低。因此要考虑给予煤气足够的燃烬时间，同时要解决燃烧火焰不易稳定、易产生脉动现象、易脱火等问题，保证燃烧安全。
高炉煤气的燃烧速度随温度的升高而大大升高，在燃烧区域内形成高温，一可大大缩短煤气的燃尽时间，做到在燃烧器区域内使煤气完全燃烧干净，把热量完全放出来，二可使燃烧强烈、火焰刚性好、燃烧稳定、不脱火。为了在燃烧区域稳定一高温区域，2#锅炉炉膛内设置了高炉煤气锅炉炉内蓄热稳燃器，同时在此区域内水冷壁全部暴露出来；其结构为圆塔形，由高强、高热震稳定性耐热材料组成，设置在燃烧器区域炉膛中心位置，烧烧器布置为四角切圆形式。运行时，该装置的温度一般在1000℃以上；它的存在提高了燃烧器区域的温度场的温度，加快了煤气燃烧速度，使燃烧更完全、更稳定，在较小的区域内放出的热量更多，使温度进一步升高，直到达到热平衡；在高温度场下，水冷壁吸收的热量更多；火焰的假想切圆与稳燃器相切，没燃尽的煤气掠过稳燃器外表面，高温进一步加热了煤气，使之燃烧干净，实践证明设有稳燃器，燃烧效率高达99.5%；另外大切圆燃烧，一是四角火焰的头部可喷至另一火焰的根部，起互相支持促进稳定的作用，二是火焰的高温部位更接近于水冷壁，传热更强烈。
四、炉内装设蓄热稳燃器技术改造前后主要参数对比
1、改造后主要参数：
2、燃烧效果对比
改造前：炉膛燃烧发暗，经过燃烧调整，风速配比，高炉不能充分燃烧完全。
改造后：炉膛燃烧发亮，火焰呈浅蓝色，而且短而有刚性，烟气有规律的延伸。
五、结束语
纯烧高炉煤气锅炉由于煤气的特性，决定了其着火、稳定燃烧、炉膛蒸发吸热量偏低等特性，在炉膛的下部燃烧区域设置炉内蓄热稳燃器，很好地解决了高炉煤气的着火和稳定燃烧问题，适当增加炉膛受热面、降低炉膛出口温度、保证省煤器出口的沸腾度在安全范围内来提高锅炉的蒸发量。高炉煤气锅炉炉内蓄热稳燃器最适合纯燃高炉煤炉，高炉煤气发热量低，理论燃烧温度低，着火、稳燃困难。但一旦具备了着火和燃烧条件，燃烧相当迅速，火焰很短所以炉膛容积热负荷可取得比煤粉炉大即炉膛可设计得较小而在纯燃高炉煤气炉中设置此稳燃器恰恰适应并完善此种燃料锅炉的燃烧，同时该稳燃器被烧红后又产生大量辐射热改变了高炉煤气无光火焰几乎没有辐射热的换热状态，另外由于燃烧器的存在又加速了燃烧后的烟气流速进而又强化炉膛的对流换热成份，提高了锅炉效率。
参考文献：
[1]容銮恩.电站锅炉原理[M].中国电力出版社.2007.8
[2]陈红萍,王胜春.煤气基础知识[M].化学工业出版社.2008.3
城市建设理论研究2014年11期
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