鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的分析和改造實踐

何慧軍 黃東寧

(浙江杭鋼動力公司,浙江杭州 310022)

鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的分析和改造實踐

何慧軍 黃東寧

(浙江杭鋼動力公司,浙江杭州 310022)

分析對比不同燃料性質(zhì)對蒸汽鍋爐受熱面布置的要求，根據(jù)鏈條鍋爐受熱面布置情況，提出維持受熱面不變把鏈條鍋爐改造為燃高熱值煤氣鍋爐的方案，并對改造情況進(jìn)行驗證。

鏈條鍋爐 燃?xì)忮仩t 燃?xì)馓匦?受熱面布置

原煤燃燒產(chǎn)物對環(huán)境造成的危害較大，隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高，企業(yè)逐步減少原煤消耗，控制污染物的排放。本公司處于城市周邊，根據(jù)相關(guān)要求必須停止原煤的使用，因此需對原有燃煤鏈條鍋爐進(jìn)行改造，改為燃用鋼鐵冶煉副產(chǎn)的煤氣。針對燃料特性對鍋爐受熱面布置的影響，在保持鍋爐受熱面基本不變的情況下，對鍋爐可使用煤氣的特性進(jìn)行論證，得出燃高熱值煤氣的受熱面結(jié)構(gòu)設(shè)置與燃煤鍋爐較為接近，提出鏈條鍋爐改為燃高、焦混合煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣的改造方案，并針對改造后鍋爐進(jìn)行各種調(diào)試，證明鍋爐改造后達(dá)到額定蒸汽參數(shù)和預(yù)計出力。

1 燃料特性對鍋爐受熱面布置的影響

燃料性質(zhì)對鍋爐受熱面的影響很大，本文僅對燃煤鍋爐與燃鋼鐵冶煉副產(chǎn)煤氣鍋爐兩種鍋爐受熱面不同布置進(jìn)行分析。固體燃料主要參與燃燒的成分為碳和揮發(fā)分，其他可燃成分比例很低，因此燃燒燃燒溫度高，燃燒產(chǎn)物爐膛黑度大，空氣過剩系數(shù)較低，爐膛輻射吸熱大，尾部換熱比例較低，因此把鍋爐爐膛空間設(shè)計較小，增加過熱器吸熱面積，同時在鍋爐尾部設(shè)計一定換熱面積的空預(yù)器，降低排煙溫度并提高燃燒配風(fēng)溫度，加速燃燒反應(yīng)。氣體燃料的受熱面布置與氣體燃料的成分組成有關(guān)：焦?fàn)t煤氣主要可燃成分為氫氣、甲烷和一氧化碳，不可燃成分比例在10%以下，燃燒溫度很高，燃燒煙氣量少，因此設(shè)計時爐膛空間偏小，尾部受熱面的換熱面積設(shè)計較大；高爐煤氣主要可燃物一氧化碳比例在25%左右，理論燃燒溫度低，不燃成分氮?dú)夂投趸嫉谋戎党^70%，煙氣量大，因此高爐煤氣鍋爐的爐膛空間設(shè)計較大，以滿足蒸汽吸熱比例的要求。

根據(jù)以上對比，燃煤鍋爐與燃焦?fàn)t煤氣鍋爐的受熱面布置要求較為相似，都是爐膛空間較少，尾部受熱面布置較大的爐型，而高爐煤氣鍋爐則需布置為大爐膛空間的結(jié)構(gòu)。鏈條鍋爐進(jìn)行煤改氣的改造，若改為燃低熱值高爐煤氣對受熱面布置影響大，改造范圍和費(fèi)用將較高。為節(jié)省投資對鏈條鍋爐改燃高熱值煤氣(如高爐、焦?fàn)t混合煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣)的可行性進(jìn)行分析。

2 鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的可行性分析

對于不同燃料對吸熱的影響可以從煙氣量的計算結(jié)果先進(jìn)行對比，本文取原煤與轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行對比計算。

固體燃料理論空氣量L0、理論煙氣量V0和實際煙氣量Va計算公式為：

表一 原煤元素成分表

表二 轉(zhuǎn)爐煤氣成分表

表三 鍋爐運(yùn)行情況表

按表一原煤的成分并取空氣過剩系數(shù)1．3計算，分別得出：

L0=6．94m3/kg

V0=9．38m3/kg

Va=11．46m3/kg按表二氣體燃料以轉(zhuǎn)爐煤氣為例，根據(jù)氣體燃料計算公式，以過剩空氣系數(shù)1．2計算轉(zhuǎn)爐煤氣的煙氣量，分別如下：

根據(jù)設(shè)計負(fù)荷，按鍋爐熱效率不變的情況進(jìn)行對比，產(chǎn)生同樣蒸汽需消耗的原煤和轉(zhuǎn)爐煤氣分別為：5．123t/h和21840m3/h，因此原煤與轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)生的煙氣量分別為11．46×5123=58710(m3/h)和2．280×21840=49795(m3/h)，轉(zhuǎn)爐煤氣比燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣量略少。

若受熱面布置不變，轉(zhuǎn)爐煤氣鍋爐的爐膛出口溫度必須比燃煤鍋爐的高才能保證尾部受熱面的吸熱比例達(dá)到設(shè)計值，因此進(jìn)行爐膛出口溫度的分析。燃煤鍋爐爐膛黑度大，輻射能力強(qiáng)，因此轉(zhuǎn)爐煤氣鍋爐水冷壁吸熱能力比燃煤鍋爐差，有利于保證轉(zhuǎn)爐煤氣鍋爐爐膛出口溫度的提高；此外鏈條鍋爐火床較低，火焰中心低于燃?xì)忮仩t，爐膛出口溫度較低。

筆者還對一定摻混比例的高爐、焦?fàn)t混合煤氣(熱值比轉(zhuǎn)爐煤氣高)進(jìn)行計算，得出煙氣量偏差不大，熱值越高，煙氣數(shù)值越接近，因此認(rèn)為鏈條鍋爐改為高熱值煤氣鍋爐是可行的。

3 鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣的改造方案

按照盡可能不動受熱面減少改造費(fèi)用的要求對鏈條鍋爐進(jìn)行改造，把原有爐排表面鋪設(shè)隔熱層、再澆筑保溫、耐火材料進(jìn)行保護(hù)；保持原有前拱不變，拆除前拱水冷壁耐火澆注料，把后拱水冷壁管拉直，拆除表面耐火層，增加水冷壁吸熱面積；在前后側(cè)爐墻各布置兩組對燒噴嘴；在兩側(cè)墻靠下部各裝一只對燒噴嘴，保持爐膛內(nèi)部火焰的充滿度，減少熱偏差；維持尾部受熱面不變，把面式減溫器改為混合式減溫器。整個改造涉及承壓系統(tǒng)的管道較少，改造費(fèi)用較低，燃燒系統(tǒng)進(jìn)行全面改造并增加熄火保護(hù)裝置(FSSS系統(tǒng))。

4 改造效果分析

鍋爐改造后，通過煤氣管網(wǎng)的配置，鍋爐可以使用熱值在10000kJ/m3的混合煤氣，也可使用熱值在7000kJ/m3的轉(zhuǎn)爐煤氣，表3是改造后的運(yùn)行參數(shù)。

通過表3分析，鍋爐改造后達(dá)到原有的負(fù)荷水平，蒸汽參數(shù)也滿足要求；根據(jù)對改造前數(shù)據(jù)分析，改造后鍋爐熱效率有所提高，改造效果非常成功。對于有高熱值煤氣富裕的鋼鐵企業(yè)，維持受熱面基本不變的情況下把燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t，既可以減少原煤消耗，又可以充分利用二次能源，達(dá)到很好的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)效果，具有很好的推廣價值。

[1]韓昭滄.燃料及燃燒.冶金工業(yè)出版社,1994-10.

[2]周強(qiáng)泰.鍋爐原理.中國電力出版社,2009-09.

[3]方永峰,薛東曉,馬磊磊.高爐煤氣鍋爐爐墻的改造.煤氣與熱力,2012-07.