煤氣鍋爐穩(wěn)燃堆的研究與應(yīng)用

摘 要：分析煤氣鍋爐燃燒火焰不穩(wěn)定因素及存在的危害，研究應(yīng)用穩(wěn)燃堆技術(shù)，有效提高煤氣鍋爐燃燒穩(wěn)定性、安全性及燃燒效率。

關(guān)鍵詞：煤氣鍋爐 穩(wěn)燃堆 燃燒

中圖分類號(hào)：TU996.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098x（2013）04（c）-0080-01

濟(jì)鋼110t、220t純燒煤氣鍋爐屬于CCPP項(xiàng)目的配套工程，與原有的CCPP項(xiàng)目構(gòu)成一個(gè)整體，鍋爐燃料來源于濟(jì)鋼煉鐵、焦化工序富余的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，鍋爐燃燒以高爐煤氣為主，同時(shí)適應(yīng)燃用70%高爐煤氣摻燒30%的焦?fàn)t煤氣的工況。經(jīng)過凈化處理后的高、焦?fàn)t煤氣經(jīng)由管道送至鍋爐燃燒器前，在燃燒器前的管道中混合后送入鍋爐的燃燒器，在爐膛內(nèi)與空氣混合燃燒，生產(chǎn)出高溫高壓蒸汽、進(jìn)入CCPP項(xiàng)目的汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做工發(fā)電；煙氣經(jīng)換熱降溫后通過引風(fēng)機(jī)從煙囪排出。

目前，國(guó)內(nèi)煤氣鍋爐穩(wěn)然系統(tǒng)大多采用底火來保證的正常的生產(chǎn)需要，但因生產(chǎn)模式的不同，地域的不同，各煤氣鍋爐采用的地火燃料也不同，在濟(jì)鋼內(nèi)部因生產(chǎn)條件的限制在鍋爐點(diǎn)火及運(yùn)行過程中的底火均采用焦?fàn)t煤氣。高爐煤氣中因前續(xù)系統(tǒng)中的各類凈化裝置中大多采用水洗，高爐煤氣種含有大量飽和水，同時(shí)焦?fàn)t煤氣含有大量的H2S成分，因此容易造成鍋爐的尾部煙道腐蝕。在正常的生產(chǎn)中由于操作人員的差異及生產(chǎn)條件的變化等等因素造成燃料的變化和鍋爐符合的變化，易產(chǎn)生異常的情況，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生脫火、滅火甚至爐膛爆炸。

在正常生產(chǎn)中，充分考慮降低成本和延長(zhǎng)鍋爐使用壽命等因素，主要以燃燒 使用高爐煤氣為主，因高爐煤氣熱值較低，火焰較長(zhǎng)，火焰燃燒強(qiáng)度較低，因此火焰穩(wěn)定較為困難，易造成鍋爐的脫火。

1 燃燒系統(tǒng)

煤氣燃燒器采用分層布置，可以單獨(dú)使用任何一層；煤氣和熱風(fēng)分別送進(jìn)燃燒器噴入爐膛，在燒嘴口混合燃燒。燃燒生成的高溫?zé)煔馔ㄟ^爐膛水冷壁、過熱器、省煤器及空氣預(yù)熱器各受熱面放熱冷卻后排入爐后煙氣系統(tǒng)。

系統(tǒng)裝有自動(dòng)點(diǎn)火裝置，點(diǎn)火燃料采用焦?fàn)t煤氣，點(diǎn)火采用二級(jí)點(diǎn)火系統(tǒng)，由高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火槍，再點(diǎn)燃高爐煤氣主燃燒器。底層各主燃燒器配備有高能電子點(diǎn)火槍，點(diǎn)火槍配備有氣動(dòng)或電動(dòng)推進(jìn)裝置，以便實(shí)現(xiàn)程控。爐膛設(shè)有火焰全部熄滅后，能自動(dòng)切斷燃料供應(yīng)。

2 導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定的因素

因素一：高爐煤氣鍋爐火焰長(zhǎng)，溫度低，易造成脫火。

因素二：高爐煤氣鍋爐爐膛下部溫度低，易造成鍋爐熄火。因高爐煤氣熱值低，因此燃燒困難，靠?jī)?nèi)測(cè)火焰的鍋爐爐膛底部溫度較低不利于燃燒。

因素三：煤氣燃燒火焰成放射狀，噴射線路較為單一，一旦火焰噴嘴有偏差將造成爐膛火焰偏心，造成火焰不穩(wěn)定，產(chǎn)生鍋爐爐膛溫度偏差，不利于均勻燃燒。

因素四：操作失誤導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定，主要是操作人員在鍋爐運(yùn)行時(shí)操作不合理，不按照規(guī)章制度操作，工作人員安全意識(shí)不足，最終導(dǎo)致滅火等現(xiàn)象的發(fā)生。

焦?fàn)t煤氣底火存在易造成鍋爐尾部煙道的腐蝕，同時(shí)排煙溫度高，鍋爐尾部熱量利用下降，此因素的存在要求優(yōu)化鍋爐運(yùn)行，熄滅底火。根據(jù)以上問題，如何提高局部空間鍋爐爐膛溫度，以達(dá)到穩(wěn)定高爐煤氣火焰燃燒為主要目的，同時(shí)消除焦?fàn)t煤氣底火為主要技術(shù)攻關(guān)方向。

3 火焰不穩(wěn)定存在的風(fēng)險(xiǎn)

如果煤氣燃燒器出力過大，火焰就會(huì)脫開燃燒器，發(fā)生脫火現(xiàn)象；相反出力過小，火焰就會(huì)縮回燃燒器內(nèi)，發(fā)生回火現(xiàn)象，使鍋爐運(yùn)行中火焰不穩(wěn)定熄火；由于高爐煤氣熱值較低，供氣壓力波動(dòng)較大，可能造成熄火。熄火后，由于爐膛呈熾熱狀態(tài)，達(dá)到或超過可燃?xì)怏w的著火溫度，如果可燃?xì)怏w不能有效切斷，在爐膛內(nèi)形成可燃?xì)怏w與空氣的混合物，就有可能立即發(fā)生爆炸。

爐膛爆炸是由于可燃?xì)怏w漏入并與空氣混合形成爆炸性混合物處于爆炸極限范圍時(shí)一接觸到適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生爆炸的事故。伴隨著化學(xué)變化，爐內(nèi)氣體壓力瞬時(shí)劇增，所產(chǎn)生的爆炸力超過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而造成向外爆炸，由于在極短時(shí)間內(nèi)大量能量在有限體積內(nèi)積聚，造成鍋爐爐膛處于非常的高壓或高溫狀態(tài)，使周圍介質(zhì)發(fā)生震動(dòng)或鄰近的物質(zhì)遭到破壞。

4 技術(shù)特點(diǎn)

4.1 穩(wěn)燃堆的構(gòu)造

在煤氣鍋爐底部爐膛中心位置，采用復(fù)合混凝耐火磚，堆砌單層環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為中空。并在堆砌過程中采用異性耐火磚，在環(huán)形穩(wěn)燃堆外部形成擾流區(qū)。在爐膛底部形成局部高溫區(qū)域，穩(wěn)燃效果良好。焦?fàn)t煤氣底火完全消除，減少煙道腐蝕，同時(shí)鍋爐尾部煙氣利用空間加大，為煙氣充分利用創(chuàng)造條件。

4.2 燃料的品質(zhì)

高爐煤氣成分包括：CO含量20.8%、CO2含量18.6%、H2含量5.3%、CmHn含量0.6%、N2含量54%、O2含量0.7%，供氣壓力為8-10KPa。焦?fàn)t煤氣成分包括：CO含量7.8%、CO2含量2.6%、H2含量60.8%、CmHn含量26%、N2含量2.4%、O2含量0.4%，供氣壓力為5～8 kPa。

高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣由于成分不同，其物理化學(xué)性質(zhì)也不同。高爐煤氣密度為1.29～1.33 kg/m3，引燃溫度為700～800 ℃，爆炸極限范圍為46～68%，熱值為3336 kJ/Nm3。焦?fàn)t煤氣密度為0.45～0.47 kg/m3，引燃溫度為550～650 ℃，爆炸極限范圍為4.5～35.8%，熱值為17097 kJ/Nm3。

4.3 工作原理

鍋爐到達(dá)一定負(fù)荷后，火焰對(duì)穩(wěn)燃堆直接輻射加熱，并且燒紅穩(wěn)燃堆，在鍋爐負(fù)荷超過30%時(shí)，形成鍋爐底部中間區(qū)域局部穩(wěn)定區(qū)域，并在鍋爐某支管突發(fā)性滅火情況下，可繼續(xù)投用該支路，穩(wěn)燃堆可及時(shí)引燃煤氣，避免爐膛內(nèi)形成混合氣體，因穩(wěn)燃堆在火焰位置，且溫度較高（超過1000 ℃），能夠直接達(dá)到點(diǎn)燃高爐煤氣的溫度，因此直接避免火焰脫火、熄火問題。

5 實(shí)施效果

煤氣的燃燒速度隨著溫度的升高而大大升高，在燃燒區(qū)域內(nèi)形成高溫，通過穩(wěn)燃堆的蓄熱，在燃燒區(qū)域形成一個(gè)穩(wěn)定的高溫區(qū)域（超過1000 ℃），運(yùn)行時(shí)它的存在提高了燃燒器區(qū)域的溫度場(chǎng)溫度，加快了煤氣燃燒速度，使燃燒更完全、更穩(wěn)定。

在穩(wěn)燃堆投用后未產(chǎn)生脫火、熄火現(xiàn)象，并且爐膛中部形成穩(wěn)燃圈，便于監(jiān)控爐膛內(nèi)部燃燒。同時(shí)鍋爐爐膛溫度偏差較小，水冷壁循環(huán)水系溫度偏差較小，并直接避免鍋爐尾部二次燃燒或爆炸。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，證明該項(xiàng)目實(shí)施效果良好，達(dá)到了技術(shù)要求。并提高了高爐煤氣的利用，減少了焦?fàn)t煤氣需求。

參考文獻(xiàn)

[1]袁智.濟(jì)南鋼鐵股份有限公司新建純燒煤氣鍋爐工程設(shè)立安全評(píng)價(jià)報(bào)告.2010.

[2]王應(yīng)應(yīng).燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制[J].控制工程，2007（S1）.

[3]韋雪.熱電燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)特性分析[J].柳鋼科技，2008（3）.