130t/h全燃氣鍋爐煤氣燃燒器改造與應用

胡澤云

【摘要】文章對4#130t/h鍋爐煤氣燃燒器改造及應用過程進行了詳細論述。通過對鍋爐燃燒器進行設計、改造，解決了轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒過程缺陷，降低了轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器的中心標高，實現(xiàn)高熱值轉(zhuǎn)爐煤氣的安全燃用，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率，有效緩解了冶金行業(yè)中以高爐煤氣為主要燃料的工業(yè)鍋爐在生產(chǎn)調(diào)整過程的局限性，實現(xiàn)了在不改變鍋爐受熱面的前提下，轉(zhuǎn)爐煤氣高效安全利用。

【關鍵詞】全燃氣鍋爐；燃燒器；摻燒

宣鋼公司目前有四座高爐運行，正常生產(chǎn)情況下，高爐煤氣發(fā)生量在3400萬m3/d左右，是公司主要的二次能源。高爐煤氣主要用于高爐的熱風爐、動力鍋爐和燒結機點火器。由于高爐煤氣的使用情況受季節(jié)影響：夏季使用量少，冬季各單位用量增加，導致作為煤氣調(diào)壓單位的鍋爐機組冬季負荷低，不能保證汽輪發(fā)電機的經(jīng)濟負荷運行，自發(fā)電量下降。而與此同時轉(zhuǎn)爐煤氣使用量較小，造成大量放散、回收率低。

4#130t/h鍋爐為公司建設的第一臺全燃氣鍋爐，設計燃料為高、轉(zhuǎn)爐煤氣，焦爐煤氣作為穩(wěn)定燃燒的輔助燃料。其燃燒器設計有五層，其中一至四層為高爐煤氣燃燒器，五層為轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器，同時在一、二層高爐煤氣燃燒器內(nèi)部布置有焦爐煤氣噴嘴。鍋爐運行過程中，只需開啟三層高爐煤氣燃燒器即可滿足生產(chǎn)要求，需摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣時開啟五層燃燒器進行調(diào)節(jié)。但在運行過程中發(fā)現(xiàn)該燃燒器設計存在缺陷：由于轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器位于整個聯(lián)合燃燒器的頂端，距離爐膛出口位置近，燃燒轉(zhuǎn)爐煤氣時，鍋爐爐膛火焰中心高度提高，使布置在爐膛出口位置的高溫段過熱器管排溫度迅速上升，長時間運行會導致爆管，且使得過熱蒸汽溫度上升，調(diào)節(jié)困難，影響鍋爐的正常運行，從而影響整個后續(xù)生產(chǎn)線的順利運行。同時4#鍋爐燃用轉(zhuǎn)爐煤氣不順利，鍋爐綜合煤氣單耗偏高，經(jīng)濟性差。鑒于此，借4#鍋爐大修之際，對其轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器進行重新設計、安裝，從而提高煤氣能源利用率及鍋爐運行經(jīng)濟性，有效降低設備能源單耗。

1、改造總體思路

本次改造決定對4#鍋爐燃燒器進行重新設計、安裝。將原五層布置的燃燒器改為四層布置，其中一至三層為高爐煤氣燃燒器，四層設計高、轉(zhuǎn)爐煤氣聯(lián)合燃燒器來取代原四層高爐煤氣燃燒器，同時取消原五層轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器。根據(jù)鍋爐負荷及燃燒消耗情況，對各層燃燒器結構、尺寸進行重新確定。如此改造后既有效降低轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器的中心標高，實現(xiàn)高熱值轉(zhuǎn)爐煤氣的安全燃用，提高煤氣利用率、降低能耗指標，又實現(xiàn)了四層高、轉(zhuǎn)爐煤氣的置換使用，更有效的保證了鍋爐的持續(xù)穩(wěn)定運行。

2、技術方案

本次改造設計按照鍋爐受熱面不做改動的前提進行，根據(jù)現(xiàn)場實際對燃燒器進行選型、重新設計燃燒器結構及尺寸、對新燃燒器進行安裝調(diào)試同時對配套閥門控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣在鍋爐系統(tǒng)的順利摻燒。

2.1燃燒器的選型

由于4#鍋爐已配備送風機，故選用強制鼓風燃燒器，從而減少其他配套設備的改造難度。

在選擇燃燒器噴嘴內(nèi)部結構時，要充分考慮燃料特性、所需火焰長度等要求。由于高爐煤氣屬于熱值較低的燃料，為保證其著火性能穩(wěn)定，負荷調(diào)節(jié)性能良好，同時要求其火焰出口噴射速度高，火焰剛性強，避免出現(xiàn)脫火或回火現(xiàn)象。鑒于以上要求決定選擇帶旋渦裝置的噴嘴。

2.2燃燒器尺寸、布局設計

此次燃燒器的改造難度在于，在保持鍋爐爐膛受熱面不做改動的前提下，既要保證燃料入爐量的充足，又要引入轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器，同時還要求降低燃燒器的中心標高。根據(jù)分析鍋爐運行情況決定設計一層高、轉(zhuǎn)爐煤氣聯(lián)合燃燒器取代原有的四層高爐煤氣燃燒器和五層轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器，從而既滿足鍋爐所需燃料入爐量要求，又有效降低了轉(zhuǎn)爐煤氣的中心標高。由于4#鍋爐正常運行時四層高爐煤氣均處于備用狀態(tài)，且為防止噴嘴過熱，還需開啟10%熱風閥，存在能源浪費現(xiàn)象，故將該層與轉(zhuǎn)爐煤氣設計布置在一層聯(lián)合燃燒器中對鍋爐正常運行不造成影響，同時有效降低燃燒器中心標高（較改造前降低900mm），實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣的安全摻燒。

聯(lián)合燃燒器結構：聯(lián)合燃燒器布置在燃燒器的最上部，燃燒器燃料流通直徑為273mm，采用套筒式布置。充分考慮高、轉(zhuǎn)爐煤氣的成分、熱值以及燃燒特性等，轉(zhuǎn)爐煤氣噴嘴在聯(lián)合燃燒器中心位置，高爐煤氣噴嘴在轉(zhuǎn)爐煤氣噴嘴外側，兩煤氣通道為獨立通道，不發(fā)生摻混，高爐煤氣與空氣接觸的截面圓周長增大，能實現(xiàn)更好的預混，同時中心區(qū)域產(chǎn)生回流區(qū)，很好對高爐煤氣進行加熱，實現(xiàn)在降低空燃比的基礎上，有效提高其燃盡率。

為保證轉(zhuǎn)爐煤氣與熱空氣的預混度，在套筒外側設計四根熱風導流管直接引入轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器中心位置，實現(xiàn)在煤氣和空氣預混區(qū)的充分混合，又有效保證了轉(zhuǎn)爐煤氣的空氣量需求。

該燃燒器在煤氣和空氣預混區(qū)域均裝有導向葉片，使煤氣和空氣在入爐前產(chǎn)生漩渦，充分混合。

另外為適應現(xiàn)場高、轉(zhuǎn)爐煤氣現(xiàn)有煤氣管道的固有布局特對聯(lián)合燃燒器高、轉(zhuǎn)爐煤氣噴嘴前連接管道方位、角度進行調(diào)整，由原來的兩燃料管道平行接入改為垂直接入。改變角度設計的聯(lián)合燃燒器與生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)了更好匹配，有效降低了改造施工難度。

新燃燒器具體布置情況為：四層布置，其中一、二層為高、焦爐煤氣聯(lián)合燃燒器，三層為高爐煤氣燃燒器，四層設計高、轉(zhuǎn)爐煤氣聯(lián)合燃燒器來取代原四層高爐煤氣燃燒器。一至三層高爐煤氣燃燒器單個額定燃燒能力為8700Nm3/h，四層轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器單個額定燃燒能力為3750Nm3/h。

3、實施效果

該項目改造完成后，運行效果良好。通過對4#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器重新設計、安裝，燃燒系統(tǒng)實施運行優(yōu)化調(diào)整，在滿足生產(chǎn)需求的同時，有效降低了鍋爐綜合煤氣單耗。高爐煤氣單耗較改造前降低了40.5m3/t，鍋爐綜合煤氣單耗較改造前降低了32.24m3/t，降低了鍋爐成本。改造后燃燒工況明顯改善，燃燒穩(wěn)定，火焰中心降低，排煙溫度降低，，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的調(diào)節(jié)能力，提高鍋爐效率。

4、結論

通過對鍋爐燃燒器進行設計、改造，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率，有效緩解了冶金行業(yè)中以高爐煤氣為主要燃料的工業(yè)鍋爐在生產(chǎn)調(diào)整過程的局限性，實現(xiàn)了在不改變鍋爐受熱面的前提下，轉(zhuǎn)爐煤氣高效安全利用。既緩解了冬季高爐煤氣供應緊張的現(xiàn)狀，又最大可能地挖掘了設備潛力，為公司節(jié)能減排目標的實現(xiàn)提供了保證。