全燃?xì)忮仩t摻燒焦?fàn)t煤氣技術(shù)改造

文_韓素桃 河鋼宣鋼職教中心

1 概述

重點(diǎn)對5#130t/h全燃?xì)忮仩t燃燒器、省煤器、過熱器等換熱部位進(jìn)行測算，實(shí)施全方位的熱力學(xué)技術(shù)改造，使其燃料特性充分符合鍋爐結(jié)構(gòu)布置要求，避免因高爐、焦?fàn)t煤氣直接摻混燃燒對鍋爐安全運(yùn)行造成不利影響，使鍋爐出口壓力穩(wěn)定，大大提高了鍋爐運(yùn)行效率，最大限度地利用了焦?fàn)t煤氣，產(chǎn)生清潔能源，提高了企業(yè)自發(fā)電比例。

2 改造技術(shù)要求

宣鋼5#130t/h鍋爐為中溫中壓自然循環(huán)鍋爐，鍋爐額定蒸汽負(fù)荷130t/h,主蒸汽溫度440±5℃,主蒸汽壓力3.43±0.1MPa，鍋爐采用四層四角噴燃布置，爐內(nèi)采用四角切圓燃燒器與蓄熱墻相配合的燃燒方式，燃料使用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為主要燃料，第一、第二層使用焦?fàn)t煤氣，第一至第四層燃用高爐煤氣，于入爐前摻入部分轉(zhuǎn)爐煤氣，每層煤氣及配比二次熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥均設(shè)計為自動、手動切換功能。改造前，鍋爐額定負(fù)荷時，高爐煤氣使用量14.5萬～15萬Nm3/h，焦?fàn)t煤氣使用量500～1000Nm3/h，將鍋爐改造為高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣分層混燒后，焦?fàn)t煤氣供應(yīng)量冬季約10000Nm3/h，夏季約20000Nm3/h，為使達(dá)到鍋爐熱效率達(dá)到設(shè)計要求75%以上，因燃料特性發(fā)生變化，需對燃燒器重新設(shè)計、制造，在保證全部消化焦?fàn)t煤氣的前提下，通過調(diào)整高爐煤氣量來保持鍋爐額定負(fù)荷130t/h以上及蒸汽主參數(shù)不變。在純?nèi)冀範(fàn)t煤氣的情況下，鍋爐蒸發(fā)量達(dá)到90t/h以上，并保持鍋爐蒸汽主參數(shù)不變。由于煙氣量變化，需改造高低溫過熱器、高低溫省煤器、高低溫空預(yù)器及減溫水、引送風(fēng)等系統(tǒng)，使排煙溫度≥140℃，防止出現(xiàn)低溫區(qū)受熱腐蝕和堵灰現(xiàn)象。

3 改造方案

3.1 燃燒器改造

鍋爐原有4層共16只高爐煤氣燒嘴，改造后將第一、四層燃燒器更換為焦?fàn)t煤氣燒嘴，共兩層8只燃燒器，并相應(yīng)更換煤氣管道、相關(guān)閥門儀表附件、點(diǎn)火裝置及就地控制箱等，二、三層高爐煤氣燃燒器及相關(guān)管道利舊。

根據(jù)燃料特性及生產(chǎn)實(shí)際需求改造完成后燃燒器由直角噴燃改為旋流燃燒，氣流在爐膛中心強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，燃料與空氣充分混合，形成一個高溫火炬，提高了燃燒效率。本次改造重點(diǎn)對5#鍋爐燃燒器進(jìn)行了重新設(shè)計、安裝、調(diào)試。首先，通過對于各類噴嘴優(yōu)缺點(diǎn)比較，確定燃燒器為帶漩渦裝置的雙旋流強(qiáng)制鼓風(fēng)燃燒器；其次根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行所需燃料量和燃燒器熱負(fù)荷等參數(shù)，對燃燒器結(jié)構(gòu)、尺寸、布局進(jìn)行設(shè)計，將燃燒器采用四層布置，其中第一、四層燃燒器更換為焦?fàn)t煤氣燒嘴，噴口尺寸為Φ273mm，第二、三層燃燒器保留高爐煤氣燒嘴，噴口尺寸為Φ426mm。第一、四層焦?fàn)t煤氣燃燒器額定燃燒能力為8700Nm3/h，第二、三層高爐煤氣燃燒器額定燃燒能力為3750 Nm3/h。為保證焦?fàn)t煤氣與熱空氣的預(yù)混度，每層配備獨(dú)立熱風(fēng)管道，并在套筒外側(cè)設(shè)計四根熱風(fēng)導(dǎo)流管直接引入焦?fàn)t煤氣燃燒器中心位置，實(shí)現(xiàn)在煤氣和空氣預(yù)混區(qū)的充分混合，有效提高其燃盡率。最后對燃燒器配套控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，為新設(shè)計高、焦煤氣燃燒器配置電動調(diào)節(jié)閥門，實(shí)現(xiàn)燃料入爐量的精確控制。該改造的創(chuàng)新點(diǎn)是根據(jù)實(shí)際鍋爐需求，設(shè)計高、轉(zhuǎn)爐煤氣聯(lián)合燃燒器，同時解決轉(zhuǎn)爐煤氣利用、高轉(zhuǎn)爐煤氣置換、降低鍋爐燃燒器中心標(biāo)高等問題。改造后既有效降低轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器的中心標(biāo)高，實(shí)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(biāo)，又實(shí)現(xiàn)了四層高、轉(zhuǎn)爐煤氣的置換使用，更有效地保證了鍋爐的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。燃燒器改造前后詳見圖1。

圖1 燃燒器改造前后示意圖

3.2 輔助受熱面改造

因焦?fàn)t煤氣熱值較高，焦?fàn)t煤氣鍋爐需要的受熱面少，現(xiàn)有鍋爐的受熱面相對過大，會導(dǎo)致如下情況：①因爐膛受熱面過大，導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度降低，過熱器換熱減少，過熱器蒸汽溫度比原來低，達(dá)不到額定溫度，尤其在低負(fù)荷情況下更嚴(yán)重，本次改造需要增加過熱器受熱面積。②因焦?fàn)t煤氣中硫、水含量大，排煙溫度過低會對尾部受熱面產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫腐蝕，因此需要將尾部省煤器受熱面減少，提高排煙溫度。

3.2.1 省煤器的改造

原省煤器分為高溫和低溫兩級，本次高溫省煤器不改動。低溫省煤器蛇形管為φ32×3，材質(zhì)為20/GB/T3087，本次改造需要去掉部分受熱面，由原來縱向64排管剩余28排。為了保證冬夏兩種工況下排煙溫度合理，在低溫省煤器進(jìn)出口設(shè)置了給水旁路，便于調(diào)節(jié)給水溫度。夏季摻燒焦?fàn)t煤氣較多時，讓部分給水直接進(jìn)入低溫省煤器出口集箱，使排煙溫度不低于140℃。冬季摻燒焦?fàn)t煤氣較少時，讓給水全部通過低溫省煤器，使排煙溫度不會太高，保證鍋爐的運(yùn)行效率。

3.2.2 過熱器改造

過熱器的設(shè)計必須確保受熱面管材的外壁溫度低于鋼材的抗氧化允許溫度，并保證其機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性。

在本次設(shè)計中，將低溫過熱器縱向管子排數(shù)從原來12排增加到16排，增加一圈蛇形管，原來低溫過熱器蛇形管規(guī)格為φ38×3.5，材質(zhì)為20/GB/T3087，增加管子材質(zhì)改為12Cr1MoVG/GB/T5310，增加部分重新制造，最大程度保證了低溫過熱器的機(jī)械強(qiáng)度。

3.3 煤氣管道重新接引

由焦?fàn)t煤氣北環(huán)主管網(wǎng)至5#鍋爐重新架設(shè)一路DN800焦?fàn)t煤氣主管道，安裝蝶閥、盲板閥及相應(yīng)計量裝置，按燃燒器設(shè)計要求安裝四角四列支管及四角管路、調(diào)節(jié)閥等，對相關(guān)煤氣管道管徑進(jìn)行重新計算。

4 改造效果

本次改造于2020年7月9日停爐開始實(shí)施，8月7日改造完成并爐正式投入運(yùn)行，改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比詳見表1和表2。

表1 改造前

表2 改造后

運(yùn)行分析：改造前4天平均負(fù)荷93t/h，燃料綜合單耗951.3m3/t，排煙溫度平均140℃；改造后4天平均負(fù)荷94t/h，燃料綜合單耗936.26m3/t，排煙溫度平均148℃。改造前焦?fàn)t煤氣單耗18.5m3/t，改造后焦?fàn)t煤氣單耗80.48m3/t，增加61.98m3/t，鍋爐各運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)符合要求，排煙溫度由改造前平均140℃升高到平均148℃，大大緩減了鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕現(xiàn)象。

改造后，5#鍋爐每天增燒焦?fàn)t煤氣1.4萬m3，焦?fàn)t煤氣消耗量增加，有效消化了宣鋼焦?fàn)t煤氣的富余量，杜絕了焦?fàn)t煤氣放散引起的環(huán)境污染。減少了高爐煤氣燃用量，轉(zhuǎn)移到其他鍋爐消耗，提高了其他鍋爐蒸汽負(fù)荷，同時提高了企業(yè)自發(fā)電量。解決了現(xiàn)全燃高爐煤氣鍋爐存在的瓶頸問題，在高爐煤氣中斷的情況下可有效維持汽輪鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，為宣鋼整體生產(chǎn)穩(wěn)定創(chuàng)造了條件。

5 結(jié)語

該項(xiàng)目全燃?xì)忮仩t高爐煤氣摻燒、純燒焦?fàn)t煤氣技術(shù)實(shí)踐改造，具備良好的推廣前景，高爐煤氣鍋爐改燒焦?fàn)t煤氣的實(shí)踐應(yīng)用，有效緩解了宣鋼目前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(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣有效利用。隨著鋼鐵市場競爭日益加劇，合理地使用煤氣，減少對外排放，將富余煤氣轉(zhuǎn)換為電能，將成為鋼鐵企業(yè)降本增效的有效途徑。