提升鍋爐負(fù)荷與降低標(biāo)煤消耗技術(shù)改造

張桂蓮

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

近年來(lái)，由于天鐵公司高、轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)出量明顯增多，同時(shí)基于煤炭市場(chǎng)波動(dòng)較大，環(huán)保要求逐步提高等原因，2019 年3 月將兩臺(tái)75t/h 蒸汽鍋爐由煤粉、焦?fàn)t煤氣混合燃燒改為純高、轉(zhuǎn)爐混合煤氣燃燒[1]，焦?fàn)t煤氣用于點(diǎn)火和?；稹?由于燃料的改變，導(dǎo)致燃燒工況改變，煙氣通過(guò)除塵器煙道時(shí)阻力增大，在不更換引風(fēng)機(jī)的情況下，為了維持鍋爐爐膛正常負(fù)壓，迫使鍋爐降低負(fù)荷率運(yùn)行。 另外，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，與以煤粉為主、焦?fàn)t煤氣為輔的燃燒條件相比，純煤氣的燃燒條件下，衛(wèi)燃帶處水冷壁換熱量相對(duì)小，爐膛火焰中心上移，排煙溫度偏高，熱利用率低，噸蒸汽標(biāo)煤消耗大。 再者，燃料改變后燃燒調(diào)整做得不到位，煤氣、風(fēng)量配比不合理，也是導(dǎo)致熱負(fù)荷低、噸蒸汽標(biāo)煤消耗大的一項(xiàng)重要原因。 本文針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并實(shí)施了技術(shù)改造和燃燒調(diào)整。

1 導(dǎo)致鍋爐負(fù)荷率低的原因分析

1.1 煙氣除塵器阻力大

兩臺(tái)75t/h 蒸汽鍋爐原以燃煤為主、煤氣為輔，煤粉燃燒后煙氣中會(huì)帶有大量粉塵顆粒，因此分別配套建有一臺(tái)低壓脈沖布袋除塵器，如圖1 所示。煤粉燃燒后的煙氣經(jīng)前端煙道進(jìn)入除塵器過(guò)濾室，煙氣不斷由布袋下部外側(cè)穿過(guò)布袋向上部?jī)?nèi)側(cè)流動(dòng)，最后由布袋口進(jìn)入凈氣室，凈氣室與內(nèi)部煙道之間有提升閥，除塵器在正常工作情況下，提升閥是打開狀態(tài)，凈氣室內(nèi)的煙氣從提升閥處進(jìn)入內(nèi)部煙道，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排出。

高爐燃料改變后，高爐煤氣所占比重最大。 而高爐煤氣的主要成分為CO、H2、CH4、CO2、N2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%左右，即CO2、N2的含量之和達(dá)70%，而二者既不參與燃燒產(chǎn)生熱量，也不能助燃，全部轉(zhuǎn)移到燃燒產(chǎn)生的煙氣中，導(dǎo)致燃高轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)，鍋爐產(chǎn)生的煙氣量遠(yuǎn)大于燃煤鍋爐。 在除塵過(guò)濾面積不變的情況下，煙氣量增加勢(shì)必造成除塵器阻損增大，顯得引風(fēng)機(jī)吸力不足[2]。在不更換引風(fēng)機(jī)的情況下，鍋爐只能低負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響鍋爐負(fù)荷率。

1.2 衛(wèi)燃帶影響換熱

動(dòng)力廠原兩臺(tái)75 t/h 鍋爐以燃煤為主，焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火、?；?。 由于燃煤的揮發(fā)分低、水分高，導(dǎo)致點(diǎn)火困難、燃燒穩(wěn)定性差的問(wèn)題，特別在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛溫度低，燃燒不穩(wěn)定，容易造成爐膛滅火。 因此在鍋爐燃燒器周圍的水冷壁表面敷設(shè)衛(wèi)燃帶，以起到穩(wěn)定燃燒、提高爐膛溫度、延長(zhǎng)煤粉燃燒時(shí)間、保護(hù)燃燒器附近水冷壁免受磨損等作用。

以純煤氣為燃料后，基于焦?fàn)t煤氣熱值較高、易燃、燃燒穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此用焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火、穩(wěn)定燃燒使?fàn)t膛達(dá)到一定溫度后，再逐漸投入高、轉(zhuǎn)爐煤氣造成。 高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t、三種煤氣從源頭產(chǎn)出首先進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存，煤氣柜起到了儲(chǔ)存和穩(wěn)定輸出的作用，不存在中斷的問(wèn)題。 另外，高、轉(zhuǎn)煤氣不存在之前煤粉對(duì)燃燒器周圍水冷壁沖刷的問(wèn)題。 因此，改為純煤氣燃燒后，衛(wèi)燃帶之前的有利作用幾乎消失。

衛(wèi)燃帶敷設(shè)在鍋爐四角煤粉燃燒器所在高度的水平位置上。 改為純煤氣燃燒后，煤氣火嘴設(shè)在原煤粉燃燒器的中下部，即衛(wèi)燃帶比煤氣火嘴位置略高，衛(wèi)燃帶處水冷壁吸熱量相對(duì)少，使得爐膛火焰中心被提高，導(dǎo)致爐內(nèi)過(guò)熱器處煙溫偏高，過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)困難，最終排煙溫度偏高。 因此燃?xì)猱a(chǎn)生的熱量沒(méi)有被充分利用，熱損失大，影響了鍋爐的負(fù)荷率，導(dǎo)致噸蒸汽標(biāo)煤消耗大。

1.3 燃燒調(diào)整不合理

煤粉燃燒時(shí)，要做好合理的風(fēng)煤配比，和一、二、三次風(fēng)的配合。 鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，對(duì)于煤粉量的調(diào)整，由于采用的中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，只需根據(jù)母管壓力和汽輪機(jī)等用戶需求調(diào)整負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷變化較小時(shí)，改變給粉機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量即可達(dá)到調(diào)節(jié)目的，當(dāng)負(fù)荷變化較大時(shí)，先投入或停止燃燒器的支數(shù)做粗調(diào)，再改變給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速做細(xì)調(diào)，與此同時(shí)，對(duì)風(fēng)量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

純煤氣燃燒的調(diào)整方式與煤粉燃燒調(diào)整不同，不但要考慮到蒸汽母管壓力、 汽輪機(jī)等用需要，還必須考慮到煤氣自身壓力的變化。 雖然輸送進(jìn)鍋爐的三種煤氣均有煤氣柜儲(chǔ)存，但是由于高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出量不是均衡的，所以煤氣壓力也是有波動(dòng)的，使得三種煤氣比例也不是固定值。 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，往往同時(shí)面臨需主動(dòng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷和因煤氣波動(dòng)而被動(dòng)調(diào)整負(fù)荷的問(wèn)題，煤氣量和風(fēng)量調(diào)配工作繁復(fù)。

2 技術(shù)改造與燃燒調(diào)整

鑒于上述問(wèn)題，天鐵動(dòng)力廠于2019 年11 月至2020 年2 月，對(duì)全然氣的兩座75 t/h 鍋爐實(shí)施如下改造和調(diào)整。

2.1 改造原除塵器前端煙道

基于燃?xì)鈴脑搭^產(chǎn)出后就經(jīng)過(guò)除塵處理達(dá)到了環(huán)保要求，且鍋爐煙氣經(jīng)過(guò)除塵器時(shí)阻力大的原因，為此將原除塵器與前端煙道接口封堵，并且將前端煙道加以改造，與原除塵器內(nèi)部煙道相連接構(gòu)成直流煙道[3]，同時(shí)將原凈氣室與內(nèi)部煙道之間的提升閥封閉，如圖2 所示。 這樣煙氣不再經(jīng)過(guò)除塵器內(nèi)部，而走直流煙道，使煙氣阻力明顯降低。

2.2 拆除衛(wèi)燃帶

鑒于純煤氣燃燒后，衛(wèi)燃帶之前的有利作用幾乎消失； 另外為了解決衛(wèi)燃帶導(dǎo)致火焰中心上移、爐膛溫度偏高、排煙熱損失大的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)煤氣、風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)火焰中心的位置變化和燃燒狀態(tài)觀察，決定對(duì)衛(wèi)燃帶進(jìn)行全部拆除。

2.3 高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣預(yù)混

高爐煤氣主要可燃成分CO 僅占25%左右，其單獨(dú)燃燒速度慢、不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)爐煤氣主要可燃成分CO 占60%～80%，屬于中等熱值燃?xì)?，故將此兩種煤氣從煤氣柜輸出后并入一根管道中輸送給鍋爐，這樣既解決了高爐煤氣難燃、燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題，也相應(yīng)地節(jié)約了維修成本。

2.4 采用套管式火嘴

煤氣火嘴采用套管式，即內(nèi)管為煤氣、外管為空氣，這樣煤氣與空氣進(jìn)入爐膛時(shí)已初步混合，可以迅速燃燒。 并且在火嘴上方單獨(dú)設(shè)置了空氣嘴，根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)空氣嘴的開度，特別在負(fù)荷較高時(shí)，大量煤氣進(jìn)入爐膛，可以保證煤氣與空氣有良好的接觸和充分的化合時(shí)間[4]。

2.5 加強(qiáng)燃燒調(diào)整

（1）鍋爐點(diǎn)火時(shí)，用熱值較高的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行點(diǎn)火，待燃燒穩(wěn)定后逐漸投入高、轉(zhuǎn)爐混合煤氣。 在鍋爐負(fù)荷較小時(shí)，以燃燒焦煤為主，起到穩(wěn)燃作用。

（2）在煤氣壓力出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)整煤氣開度和風(fēng)量開度。 根據(jù)蒸汽母管壓力或汽輪機(jī)等用戶需要，主動(dòng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷。 確保蒸汽壓力、溫度及爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)，火焰中心適當(dāng)，火焰在爐膛內(nèi)充滿度好。

3 技術(shù)改造與燃燒調(diào)整后效果分析

為了數(shù)據(jù)對(duì)比清晰可靠，將兩臺(tái)鍋爐2019 年4月～10 月和2020 年4 月～10 月改造前后的蒸汽產(chǎn)量、煤氣消耗量列于表1、表2。根據(jù)表1、表2 數(shù)據(jù)，將兩臺(tái)鍋爐2019 年4 月～10 月和2020 年4 月～10月的改造前后總蒸汽產(chǎn)量、總運(yùn)行時(shí)間、總煤氣消耗量和總運(yùn)行時(shí)間匯總于表3。

表1 2019 年4 月～10 月改造前每月蒸汽產(chǎn)量與煤氣消耗量

表2 2020 年4 月～10 月改造后每月蒸汽產(chǎn)量與煤氣消耗量

表3 改造前后兩臺(tái)鍋爐蒸汽總產(chǎn)量、煤氣總耗量和總運(yùn)行時(shí)間

3.1 鍋爐燃燒狀況明顯改善

（1）改為直流煙道后，煙氣阻力大大降低，爐膛負(fù)壓可以維持在-30 Pa 至-70 Pa 之間，解決了引風(fēng)機(jī)出力不足的問(wèn)題。

（2）采取拆除衛(wèi)燃帶、煤氣預(yù)混、合理設(shè)置火嘴和燃燒調(diào)整等措施后，鍋爐負(fù)荷有了較大提升，負(fù)荷率提高，排煙溫度降低了30 ℃左右。由表3 可知，改造后2020 年4 月～10 月與改造前2019 年4 月～10 月相比較:

3.2 噸蒸汽標(biāo)煤消耗減少

經(jīng)計(jì)算，煤氣折標(biāo)煤消耗量、噸蒸汽標(biāo)煤消耗量列于表4。由表4 可以看出，改造后2020 年4 月～10 月與改造前2019 年4 月～10 月相比較，經(jīng)濟(jì)效果顯著：

表4 改造前后兩臺(tái)鍋爐煤氣折標(biāo)煤耗量和噸蒸汽標(biāo)煤耗量

（1）噸蒸汽標(biāo)煤耗量明顯減少，每噸蒸汽節(jié)約126.90-117.84=9.06 kg 標(biāo)煤；

（2）2020 年4 月～10 月共節(jié)約標(biāo)煤368496 t×9.06 kg/t =3338573.76 kg=3338.57 t。

（3）標(biāo)煤按450 元/t 計(jì)，2020 年4 月～10 月創(chuàng)效3338.57 t×450 元/t=150.24 萬(wàn)元，

4 結(jié)語(yǔ)

天鐵動(dòng)力廠原兩臺(tái)75 t/h 鍋爐以燃煤為主、焦?fàn)t煤氣為輔的混合燃燒鍋爐，改為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣混合燃燒后，表現(xiàn)出煙氣阻力大導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)吸力不足、火焰中心位置偏高、排煙溫度高、鍋爐負(fù)荷率低的問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)對(duì)鍋爐近一年來(lái)運(yùn)行中顯現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析歸納，確定了問(wèn)題產(chǎn)生的原因。 經(jīng)過(guò)針對(duì)性的技術(shù)改造和合理的燃燒調(diào)整措施后，解決了上述問(wèn)題，并且鍋爐運(yùn)行效率大幅提高，噸蒸汽標(biāo)煤消耗明顯減少，節(jié)約了運(yùn)行成本。