“熱臟煤氣”在燃?xì)忮仩t和其他窯爐的應(yīng)用

張煥平

摘要：“熱臟煤氣”是一種價(jià)格低廉的燃料，燃?xì)忮仩t和其他窯爐通過(guò)改造可以使用，現(xiàn)在全球能源供應(yīng)緊張，成品油料、天燃?xì)?、石油液化氣等清潔燃料價(jià)格高昂，在我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)中，煤炭占主要比重情況下，推廣使用“熱臟煤氣”，對(duì)企業(yè)降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，改善能源消耗結(jié)構(gòu)尤其重要。

關(guān)鍵詞：“熱臟煤氣”；燃?xì)忮仩t；窯爐；改造；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2015）26029102

我國(guó)是一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，有豐富的儲(chǔ)量，給燃煤鍋爐和其他利用煤作為燃料的窯爐設(shè)計(jì)制造和使用提供了廣闊的市場(chǎng)，由于燃煤鍋爐和窯爐效率較低（約60%-80%），污染重（粉塵及林格曼黑度），受?chē)?guó)家節(jié)能減排和較大城市環(huán)保政策的影響和約束，20t/h以下燃煤鍋爐和大部分直接利用煤作為燃料的窯爐逐步進(jìn)入淘汰之列。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，以高效、清潔、污染少為主要特征的燃?xì)忮仩t和新型燒成窯爐逐步進(jìn)入廣大用戶的選擇視野，但目前全球能源供應(yīng)緊張，天燃?xì)?、石油液化氣等燃料價(jià)格高昂，燃?xì)忮仩t和窯爐運(yùn)行成本居高不下，給用戶帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，限制了燃?xì)忮仩t和窯爐的廣泛使用，選擇一種或幾種優(yōu)質(zhì)價(jià)廉，符合國(guó)家和較大城市的環(huán)保政策的燃料及適應(yīng)幾種燃料的燃?xì)忮仩t和各種新型燒成窯爐成為我國(guó)當(dāng)前廣大用戶的迫切需要。山東耐火材料集團(tuán)有限公司所屬子公司通過(guò)建設(shè)熱煤氣站，改造燃?xì)忮仩t和相關(guān)窯爐，利用“熱臟煤氣”，較好解決了燒成設(shè)備運(yùn)行成本高，污染嚴(yán)重的問(wèn)題，粉塵及林格曼黑度符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和要求，滿足了生產(chǎn)需要和產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)濟(jì)效益顯著。下面以山東耐材集團(tuán)中齊有限公司改造的燃?xì)忮仩t和窯爐為例介紹“熱臟煤氣”的應(yīng)用。

1“熱臟煤氣”簡(jiǎn)介

（1）發(fā)生爐煤氣：以煤或焦炭為氣化原料，空氣和水蒸汽為氣化劑，利用煤氣發(fā)生爐制造的煤氣稱(chēng)為發(fā)生爐煤氣，為充分利用我國(guó)煤炭資源和符合環(huán)保要求，大部分企業(yè)用戶采用無(wú)煙塊煤作為氣化原料，少量用戶采用煙煤作為氣化原料。其中，我國(guó)陽(yáng)泉無(wú)煙塊煤質(zhì)量較高。如表1。

表1陽(yáng)泉無(wú)煙塊煤的質(zhì)量要求

低位發(fā)熱值：kcal/kg6280揮發(fā)份：%8.00灰燃點(diǎn)：℃1150碳：%67.70氫：%3.10氧：%4.70氮：%1.0硫：%<0.7%（青島市環(huán)保局要求硫低于0.7%）灰份：%16.80工作水份：%6.0發(fā)生爐煤氣的技術(shù)指標(biāo)如下：熱值：5000 kJ/Nm3左右。

表2發(fā)生爐煤氣的成分

成份CO2H2SCmHnO2COH2CH4N2Q%5.860.324.1614.621.2553.615110采用TG-3MI煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣出口溫度550℃，出口壓力1.47～2.45kPa，因不完全燃燒，輸出的煤氣含有較多的灰塵和煤粉，低溫時(shí)含有少量的煤焦油析出，因此發(fā)生爐煤氣又被俗稱(chēng)為“熱臟煤氣”，發(fā)生爐煤氣易爆、易燃、有毒，屬于低熱值氣。

（2）高爐煤氣：高爐煤氣為煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為：CO，CO2，N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2，N2的含量分別占15%，55%，熱值僅為3500kJ/m3。屬于低熱值氣的“熱臟煤氣”。高爐煤氣因?yàn)闊嶂档?，可以和焦?fàn)t煤氣混合使用。

（3）發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣在我國(guó)冶金、化工、陶瓷、建材等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，高爐煤氣在我國(guó)鋼鐵企業(yè)等應(yīng)用尤其廣泛。

通過(guò)調(diào)查國(guó)內(nèi)外有關(guān)生產(chǎn)鍋爐和燃燒器廠家和使用客戶并通過(guò)網(wǎng)上檢索發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外很少存在直接用“熱臟煤氣”供燃?xì)忮仩t和其他新型燒成窯爐燃燒的用戶和實(shí)例。

2鍋爐和其他燒成窯爐簡(jiǎn)介

（1）鍋爐：按鍋爐的本體結(jié)構(gòu)分為火管鍋爐和水管鍋爐?；鸸苠仩t分為立式鍋爐和臥式鍋爐。立式鍋爐分為立式橫水管鍋爐、立式橫火管鍋爐、立式雙回程火管鍋爐、立式垂水管鍋爐。臥式鍋爐分為：臥式單爐膽（雙爐膽）鍋爐、臥式內(nèi)燃三回程鍋爐、臥式內(nèi)燃四回程鍋爐、臥式外燃回火管鍋爐。水管鍋爐分為橫水管鍋爐和豎水管鍋爐。橫水管鍋爐分為：立式橫直水管鍋爐和分聯(lián)箱直水鍋爐。豎水管鍋爐分為：雙鍋筒縱置式D形彎水管鍋爐、雙鍋爐橫置式鍋爐、三鍋筒彎水管鍋爐、單鍋爐人字形水管鍋爐。按鍋爐的燃燒料種類(lèi)分為：燃煤鍋爐（包括煤塊、煤粉、燃煤水漿）、燃油鍋爐和燃?xì)忮仩t。其中燃?xì)忮仩t的燃料主要為天然氣、石油液化氣、沼氣、焦?fàn)t煤氣、冷卻凈化后的人工煤氣等。

（2）其他燒成窯爐：按照燒成原理和結(jié)構(gòu)特征，一般有下列幾種結(jié)構(gòu)型式：回轉(zhuǎn)窯，豎窯，隧道窯，梭式窯，沸騰爐，懸浮爐等，燃料主要采用燃油，天然氣，煤氣等

3利用“熱臟煤氣”采取的措施

針對(duì)發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣“熱臟煤氣”的特點(diǎn)，為了符合和保證燃?xì)忮仩t和窯爐正常運(yùn)行，真正做到成本低廉，安全可靠，結(jié)合具體生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，在冶金、化工、陶瓷、建材等行業(yè)，能夠滿足產(chǎn)品燒成內(nèi)在質(zhì)量和外表質(zhì)量基本前提下，部分替代價(jià)格昂貴的清潔能源例如各種成品燃油，天然氣等。

采取的改造措施如下：

（1）煤氣發(fā)生爐和高爐生產(chǎn)的熱煤氣預(yù)先利用管道、除塵斗、旋風(fēng)除塵器等進(jìn)行物理性除塵。

（2）縮短煤氣供應(yīng)管道的距離，使鍋爐房盡量靠近煤氣站或高爐煤氣管道，保證壓力和溫度。

（3）通過(guò)試驗(yàn)改造了一臺(tái)4t/h立式水管鍋爐（煙氣與水汽管垂直沖刷），由于水管易掛灰塵造成阻塞，幾乎不能使用，顯然常規(guī)結(jié)構(gòu)的鍋爐不能適應(yīng)“熱臟煤氣”的特點(diǎn)，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，廣泛咨詢(xún)和征求了鍋爐制造廠家意見(jiàn)，反復(fù)查閱資料，重點(diǎn)研究了臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)忮仩t特征結(jié)構(gòu)，由于該種爐型煙氣與火管同向順行，煙氣室與火管掛灰較輕，選用臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)忮仩tWNS8-1.25-Q，并將原有鍋爐前后煙氣室蓋由固定式改為活動(dòng)式，下部設(shè)有排塵口，有利于打開(kāi)煙塵蓋進(jìn)行定期清理（根據(jù)運(yùn)行記錄、觀測(cè)和積塵情況而定），后煙氣室設(shè)計(jì)增加了防爆裝置，為了不影響鍋爐熱效率，其保溫結(jié)構(gòu)和密封均做了特殊設(shè)計(jì)和改造，為了適應(yīng)這種變化，改造了煤氣進(jìn)入和煙氣排出系統(tǒng)，對(duì)照鍋爐設(shè)計(jì)規(guī)范和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，與原來(lái)的鍋爐結(jié)構(gòu)明顯不同，考慮到鍋爐是一種壓力容器和特種設(shè)備，對(duì)該型號(hào)的燃?xì)忮仩t來(lái)說(shuō)，這屬于重大改進(jìn)。

（4）改進(jìn)和研制了專(zhuān)用燃?xì)忮仩t燒嘴，試驗(yàn)表明，這種煤氣燒嘴必須與所選鍋爐結(jié)構(gòu)特征匹配和適應(yīng)：臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)忮仩t主要有波形爐膽和火管、前后煙室等組成，波形爐膽長(zhǎng)度較長(zhǎng)（超過(guò)4米），發(fā)生爐煤氣壓力低，利用已有煤氣燒嘴，火焰短，固定在鍋爐前端或部分伸入爐內(nèi)，長(zhǎng)度較短，顯然不能滿足臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)忮仩t具有波形爐膽燃燒的特征，因此必須研制一種符合上述鍋爐結(jié)構(gòu)特征的專(zhuān)用燒嘴，結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)如下：爐外部分與其它煤氣燒嘴基本相同，爐內(nèi)部分較長(zhǎng)（大于1米），與其它已有燒嘴明顯不同，經(jīng)過(guò)幾次試驗(yàn)和改進(jìn)，其長(zhǎng)度與直徑（長(zhǎng)細(xì)比：l/d），波形爐膽長(zhǎng)度與直徑（L/D），根據(jù)火焰燃燒特點(diǎn)、燃料種類(lèi)、流量、壓力、溫度等，需在合理取值范圍內(nèi)，嘴頭設(shè)有導(dǎo)流片，但為了不阻灰作了適當(dāng)簡(jiǎn)化，這是燃?xì)忮仩t正常運(yùn)行和達(dá)到額定熱效率的關(guān)鍵；為了適應(yīng)爐膛內(nèi)部的高溫環(huán)境和氣流組織，燒嘴的材質(zhì)選用耐熱不銹鋼；為了保證和平衡爐內(nèi)高溫?zé)煔獾膲毫?、流速、在爐中停留的時(shí)間及氣流組織的均勻性，選擇了相適應(yīng)的鼓引風(fēng)機(jī)；煙氣的余熱用來(lái)加熱空氣，提高了鍋爐的整體熱效率。

（5）根據(jù)“熱臟煤氣”的熱值，輸送壓力等數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品燒成曲線，改造了隧道窯的燃燒系統(tǒng)：配風(fēng)系統(tǒng)，燒嘴和閥門(mén)，燃燒室等。與原來(lái)利用成品油和天然氣相比，達(dá)到了相同的效果。

（6）編制了一套行之有效的操作規(guī)程和管理制度。

4改造后的效果

4.1技術(shù)指標(biāo)與運(yùn)行驗(yàn)證

與現(xiàn)有技術(shù)相比，燃?xì)忮仩t和熱工窯爐完全能夠適應(yīng)“熱臟煤氣”的特點(diǎn)，運(yùn)行和測(cè)試表明，完全能夠達(dá)到燃?xì)忮仩t和隧道窯選用正常已有燃料的有關(guān)數(shù)據(jù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：包括壓力、溫度、額定出汽量、熱效率、運(yùn)行費(fèi)用等。運(yùn)行驗(yàn)證：從2000年運(yùn)行至今正常，完全滿足生產(chǎn)和生活需要。

4.2經(jīng)濟(jì)效益

按目前國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格：青島地區(qū)含稅價(jià)2.4～26元/Nm3，熱值8500～9500kcal/Nm3，我公司目前生產(chǎn)的發(fā)生爐煤氣含稅價(jià)0.3元/Nm3，熱值1250Kcal/Nm3，兩者比較天然氣熱值是發(fā)生爐煤氣6～8倍，天然氣價(jià)格是發(fā)生爐煤氣10～12倍，以燃?xì)忮仩tWNS8-1.25-Q消耗發(fā)生爐煤氣1200Nm3/h為例，每年消耗煤氣：1200×24×365=10512000Nm3，根據(jù)熱量相等折算，每年消耗天然氣：10512000×1250/8500=1545882Nm3每年節(jié)省費(fèi)用：1545882×2.6-10512000×0.3=865693.2元?？紤]到隧道窯同時(shí)使用了發(fā)生爐煤氣，每年節(jié)省費(fèi)用120萬(wàn)元以上。

同樣高爐煤氣在鋼鐵企業(yè)價(jià)格更便宜，使用更方便，經(jīng)濟(jì)效益也就更顯著。

4.3社會(huì)效益

現(xiàn)在全球能源供應(yīng)緊張，價(jià)格居高不下，國(guó)家大力提倡節(jié)能減排，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，降低成本，適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)實(shí)際需要，燃?xì)忮仩t和其他窯爐應(yīng)用數(shù)量巨大，由于長(zhǎng)時(shí)間成功應(yīng)用“熱臟煤氣”和對(duì)相應(yīng)的燃?xì)忮仩t進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改造，相應(yīng)的燃?xì)忮仩t改造項(xiàng)目，2015年獲得熱臟煤氣燃?xì)忮仩t項(xiàng)目發(fā)明專(zhuān)利，因此該實(shí)例具有重要推廣價(jià)值。

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