鋼鐵企業(yè)熱電廠130t/h燃?xì)忮仩t節(jié)能改造研究

高鑫

摘? 要：本文通過工程實(shí)例，對鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中由于煤氣平衡經(jīng)常性變化，使得自備電廠燃煤、燃?xì)忮仩t由于燃料及燃燒方式的變化，造成煤氣大量放散以及鍋爐長期閑置等問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);同時(shí)介紹了帶有側(cè)邊風(fēng)的濃淡燃燒技術(shù)在130t/h鍋爐燃煤燃燒器上的運(yùn)用及產(chǎn)生的作用。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐;焦?fàn)t煤氣;水平濃淡燃燒器;節(jié)能降耗

中圖分類號：TK229.8? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在國內(nèi)典型的長流程鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量副產(chǎn)高、轉(zhuǎn)爐及焦?fàn)t煤氣。為將能源充分利用，各鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)定制煤氣平衡，其中自備電廠作為平衡全廠能源的重要環(huán)節(jié)，承擔(dān)著廠區(qū)高爐鼓風(fēng)、蒸汽和熱水等動力介質(zhì)的輸配工作。同時(shí)自備電廠通過燃用本廠富余煤氣，可以提高鋼鐵廠供電的可靠性，降低用電成本，對節(jié)能、環(huán)保、提高全廠經(jīng)濟(jì)效益都起到良好作用。

鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝經(jīng)常會隨市場需求進(jìn)行調(diào)整，這樣就可能會改變?nèi)珡S的高、焦和轉(zhuǎn)爐煤氣的平衡。為盡量利用能源且不影響生產(chǎn)，在保證工藝環(huán)節(jié)煤氣用量的情況下，只能對自備電廠中鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)。但受限于燃料種類及燃燒方式，鋼鐵企業(yè)的自備電站鍋爐一般只有純?nèi)济悍?、單種煤氣或固定兩種燃料混燃這幾種類型，如果燃?xì)饬拷?jīng)常波動，勢必會嚴(yán)重影響到電廠的生產(chǎn)，可能造成鍋爐長期閑置不能充分利用;煤氣大量放散污染環(huán)境、浪費(fèi)能源;耗費(fèi)大量資金頻繁改造鍋爐以適應(yīng)新的燃料等問題。

本文通過工程實(shí)例，根據(jù)包鋼熱電廠4#燃煤氣鍋爐節(jié)能改造設(shè)計(jì)，通過對鍋爐本體及燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)：（1）使電廠鍋爐具有更高的機(jī)動調(diào)節(jié)性能，降低了鍋爐由于廠區(qū)燃?xì)庾兓鴮﹀仩t運(yùn)行產(chǎn)生的影響。即在公司煤氣供應(yīng)緊缺同時(shí)不影響管網(wǎng)蒸汽要求情況下，關(guān)閉鍋爐燃?xì)庀到y(tǒng)，啟動鍋爐燃煤狀態(tài);當(dāng)廠區(qū)煤氣大量富余時(shí)，關(guān)閉鍋爐燃煤系統(tǒng)，運(yùn)行燃?xì)庀到y(tǒng)，利用放散煤氣，減少環(huán)境污染同時(shí)節(jié)省能源，降低能耗，保證蒸汽供應(yīng); （2）為鍋爐燃煤系統(tǒng)燃燒器采用帶有側(cè)邊風(fēng)的濃淡燃燒器組，達(dá)到減少NOx生成量，減輕或防止?fàn)t膛結(jié)焦的目的。

1 案例背景

包鋼熱電廠4#鍋爐原為武漢鍋爐廠1978年制造的130t/h中溫中壓燃煤固體排渣煤粉鍋爐，為充分利用過剩高爐煤氣，2001年熱電廠將4#鍋爐改造為純燒高爐煤氣并于當(dāng)年投產(chǎn)。2008年隨著包鋼6#高爐及4座焦?fàn)t的建成投產(chǎn)，高、焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生更多的剩余放散，包鋼又新建2×150MW燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，為保證該機(jī)組額定負(fù)荷運(yùn)行的煤氣供應(yīng)，擬將熱電廠原4#純?nèi)几郀t煤氣鍋爐改回為純?nèi)济赫羝仩t，以置換出部分高爐煤氣滿足第2臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的煤氣供應(yīng)。為避免由于廠區(qū)燃?xì)庾兓鴮﹀仩t運(yùn)行產(chǎn)生的影響，經(jīng)過研究后決定將4#鍋爐改造為蒸發(fā)量為130t/h既能純燒煤粉及焦?fàn)t煤氣，還可將煤粉（或焦?fàn)t煤氣）與高爐煤氣摻燒的復(fù)合型蒸汽鍋爐，這樣不僅保證了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行，也保證了廠區(qū)蒸汽的穩(wěn)定供應(yīng)。

2 技術(shù)內(nèi)容

2.1 燃燒器結(jié)構(gòu)

本次在包鋼熱電廠130t/h鍋爐改造設(shè)計(jì)中，將鍋爐原來的單一高爐煤氣燃燒器系統(tǒng)，更換為采用帶有側(cè)邊風(fēng)的濃淡燃燒器組，使得該燃燒器在保留了高爐煤氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又增加了焦?fàn)t煤氣以及燃煤系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)。其中燃煤系統(tǒng)含有兩個(gè)一次風(fēng)口、3個(gè)二次風(fēng)口和1個(gè)三次風(fēng)口。燃?xì)庀到y(tǒng)包括有一個(gè)高爐煤氣口和一個(gè)焦?fàn)t煤氣口（如圖1所示），爐膛內(nèi)噴燃器為四角布置，煤粉以對角噴嘴在爐膛內(nèi)形成假想切圓燃燒，鍋爐點(diǎn)火使用焦?fàn)t煤氣。

2.2 燃煤系統(tǒng)改造

根據(jù)熱電廠燃煤鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，由于煤質(zhì)以及燃燒器的設(shè)計(jì)布置等原因，鍋爐內(nèi)部常有結(jié)焦現(xiàn)象，使得鍋爐效率降低并且縮短鍋爐設(shè)備使用壽命，同時(shí)由于焦塊附著在水冷壁管上，可能導(dǎo)致過熱蒸汽溫過高發(fā)生爆管從而影響生產(chǎn)。產(chǎn)生結(jié)焦的原因雖是多方面的，其中燃燒器的設(shè)計(jì)及布置是重要因素。

（1）水平濃淡燃技術(shù)

實(shí)例中，在燃煤系統(tǒng)燃燒器中的一次風(fēng)道內(nèi)增加導(dǎo)向葉片，使進(jìn)入燃燒器一次風(fēng)管中的煤粉與空氣混合物產(chǎn)生分離。分離后的熱風(fēng)與煤粉在射入爐膛后，濃煤粉逼到切圓內(nèi)側(cè)，使向火側(cè)的煤粉濃度高形成富燃料區(qū)，富料燃燒;而淡煤粉在切圓外的背火側(cè)形成富氧區(qū)，富氧燃燒。這使得前者在過量空氣系數(shù)遠(yuǎn)小于1的情況下燃燒，而后者在過量空氣系數(shù)大于1的情況下燃燒，這樣加快和強(qiáng)化了煤粉的著火和燃燒，使富煤粉氣流處于直流燃燒器四角布置切圓燃燒器流結(jié)構(gòu)中心的向火側(cè)，這樣就形成了側(cè)邊風(fēng)濃淡燃燒器特有的高煤粉濃度、高溫和高氣流擾動度的“三高區(qū)域”，給煤粉顆粒著火燃燒提供了極為有利的條件。在該區(qū)內(nèi)已著火的煤粉形成了穩(wěn)定的著火源，不斷點(diǎn)燃已處于高溫區(qū)的高濃度煤粉，使火焰迅速擴(kuò)展到整個(gè)射流。由于有了局部引燃煤粉氣流的良好著火源，無需將全部煤粉同時(shí)加熱到著火溫度，因而煤粉氣流射入爐內(nèi)后著火時(shí)間縮短，燃燒過程提前，使煤粉燃燒更加穩(wěn)定，通過這種方式不僅減少了NOx生成量，同時(shí)降低了高溫煤粉流對鍋爐水冷壁的沖刷，減少了爐內(nèi)結(jié)焦的概率，達(dá)到減輕或防止?fàn)t膛結(jié)焦的目的。

（2）側(cè)邊風(fēng)對燃燒的影響

在加入濃淡燃燒技術(shù)后，為了進(jìn)一步控制燃燒速度，在一次風(fēng)燃燒器背火側(cè)送入側(cè)邊風(fēng)，即在一次風(fēng)管出口外側(cè)增設(shè)風(fēng)道，使燃燒器出口流體形成了“風(fēng)包粉”結(jié)構(gòu)。由于燃燒器背火側(cè)空氣量偏大，使背火側(cè)氧濃度增加，灰熔點(diǎn)提高，有效防止了背火側(cè)或水冷壁管的結(jié)焦，同時(shí)也能起到減少了NOx形成的作用。

結(jié)語

本次將燃煤與燃?xì)馊紵到y(tǒng)集于一體同時(shí)在燃煤燃燒器上運(yùn)用了帶有側(cè)邊風(fēng)的濃淡燃燒技術(shù)，解決了鋼鐵企業(yè)自備電廠由于鍋爐燃燒方式以及燃料的變化造成煤氣大量放散以及鍋爐長期閑置等問題，使鍋爐具有更高的機(jī)動調(diào)節(jié)性能，可在今后同類型設(shè)計(jì)項(xiàng)目中廣泛采用，為國內(nèi)同類型熱電企業(yè)的鍋爐改造技術(shù)拓寬了思路。

參考文獻(xiàn)

[1]郭建軍，張延新.130t/h煤粉鍋爐燃燒技術(shù)改造[J].中國設(shè)備工程，2007（3）：48-50.

[2]吳少華，李爭起，孫紹增，等.低NOx排放的“風(fēng)包粉”濃淡煤粉燃燒技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002（1）：108-111.