全燃氣鍋爐燃料結(jié)構(gòu)性優(yōu)化實踐

王 東

（河鋼集團宣鋼公司設(shè)備能源部，河北張家口 075100）

1 存在的問題

河鋼集團宣鋼公司（以下簡稱公司）全燃氣鍋爐，擔(dān)負著為公司高爐鼓風(fēng)機和汽輪發(fā)電機提供動力蒸汽任務(wù)，是公司高爐供風(fēng)、發(fā)電創(chuàng)效的主要設(shè)備。隨著公司能源結(jié)構(gòu)的改變，焦?fàn)t煤氣富余，城區(qū)用氣置換為天然氣，焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)面臨燃放浪費的問題。鍋爐均為全燃氣鍋爐，高爐煤氣是主要燃料，鍋爐運行時焦?fàn)t煤氣只作為穩(wěn)燃燃料少量燃燒，需要進行技術(shù)改造才具備大量消化焦?fàn)t煤氣的條件。為消化高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣，應(yīng)對公司能源結(jié)構(gòu)變化，對5#、6#、8#全燃氣鍋爐進行了增燃焦?fàn)t煤氣技術(shù)改造，對4#、7#、9#鍋爐進行優(yōu)化，提高煤氣綜合利用率，進而推進公司節(jié)能綠色生產(chǎn)。

2 技術(shù)方案

2.1 焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)改造

根據(jù)增燃焦?fàn)t煤氣的要求，對5#、6#、8#鍋爐進行焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)改造，以滿足焦?fàn)t煤氣流量、壓力需要。由焦?fàn)t煤氣北環(huán)主管網(wǎng)至5#鍋爐架設(shè)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)計要求安裝支管及四角管路、調(diào)節(jié)閥。

6#、8#鍋爐焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)的改造內(nèi)容：將現(xiàn)有的8 根DN80四角焦?fàn)t煤氣管道改為DN150，自焦?fàn)t煤氣總管帶壓開孔，分別為6#、8#鍋爐各新接引一條DN300 焦?fàn)t煤氣總管，將鍋爐兩側(cè)支管由原來的DN200 均改為DN300，下降管由DN150 改為DN200，相應(yīng)增加、更換焦?fàn)t煤氣總管電動蝶閥、電動盲板閥、氣動快切閥、流量計、壓力表等裝置。

2.2 低溫省煤器優(yōu)化

經(jīng)熱力計算發(fā)現(xiàn)，因焦?fàn)t煤氣熱值較高，5#鍋爐需要的受熱面更少，更換焦?fàn)t煤氣后現(xiàn)有鍋爐的受熱面相對過大，會導(dǎo)致因爐膛受熱面過大、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、達不到額定溫度，尤其在低負荷情況下更嚴(yán)重，排煙溫度會很低；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，本次改造需要增加過熱器受熱面積增加吸熱，減少尾部省煤器受熱面積，提高排煙溫度。

原省煤器分為高溫和低溫兩級，高溫部分不改動。低溫部分的蛇形管為Φ32 mm×3 mm，材料20/GB/T3087。原來縱向64排管，本次改造需要去掉部分受熱面，剩余28 排（圖1）。

圖1 省煤器改造前后示意

2.3 低溫過熱器優(yōu)化

當(dāng)摻燒焦?fàn)t煤氣較多的工況，過熱器溫度可能達不到額定參數(shù)，需要增加低溫過熱器面積。本次改造內(nèi)容主要有：將低溫過熱器縱向管子從原來的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 mm×3.5 mm、材料20/GB/T 3087，增加管子材料為12Cr1MoVG/GB/T 5310，增加部分重新制造；相應(yīng)更換低溫過熱器出口集箱、減溫器、連接管原材料為20/GB/T 3087，本次改造材料都改為12Cr1MoVG/GB/T 5310（圖2）。

圖2 低溫段過熱器改造前后示意

2.4 高溫區(qū)水冷壁優(yōu)化

由于5#鍋爐增燃焦?fàn)t煤氣量較大，燃燒器出口火焰位置溫度較高，可能超出周圍水冷壁吸熱能力而超溫，為防止燃燒區(qū)域水冷壁超溫爆管，在東西兩側(cè)燃燒器區(qū)域水冷鐵網(wǎng)，規(guī)格1 m×1 m、厚2.5 cm，中間鏤空，用于固定水冷壁管噴涂耐熱料（耐熱料厚度40 mm，總面積約為14 m2）。

水冷壁噴涂料為高爐噴涂耐高溫澆注料，耐溫1200℃，延長水冷壁管道的使用壽命，同時火焰溫層上移，沒有損失能量，保證鍋爐經(jīng)濟有效運行。

2.5 鍋爐進水方式優(yōu)化

為了保證冬、夏兩種工況下排煙溫度都比較合理。在5#鍋爐低溫省煤器進出口設(shè)置了兩路進水管路，實現(xiàn)夏季、冬季進水方式手動調(diào)節(jié)。夏季焦?fàn)t煤氣富余摻燒焦?fàn)t煤氣較多時，開大低溫省煤器出口聯(lián)箱進水閥，讓部分給水由低省出口集箱進入高溫省煤器，使低溫省煤器管內(nèi)水流速降低，維持在0.088 m/s，減少吸熱量，保證排煙溫度不會低于140 ℃，防止空氣預(yù)熱器低溫腐蝕。冬季摻燒焦?fàn)t煤氣較少時，關(guān)小低溫省煤器出口進水閥，增加通過低溫省煤器的給水流量至0.849 m/s，增加低溫省煤器吸熱能力，使排煙溫度不高于180 ℃，減少排煙熱損失，保證鍋爐效率。

2.6 燃燒器改造

5#鍋爐原來有4 層、共16 只高爐煤氣燒嘴，現(xiàn)需要將第一、第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、相應(yīng)閥門儀表附件、點火裝置和就地控制箱等附件。第二、第三層高爐煤氣燃燒器利舊。

2.7 4#、7#、9#鍋爐運行提升高爐煤氣消化能力

（1）采用高壓水清灰代替機械清灰，增加換熱面積潔凈度，大幅提高了鍋爐水冷壁、過熱器、省煤器等受熱面的換熱能力，提高鍋爐蒸汽負荷。

（2）對鍋爐運行控制進行優(yōu)化，增加鍋爐自動燃燒控制程序，用自動燃燒調(diào)整代替人工調(diào)節(jié)，自動調(diào)整煤氣量、空氣量、爐膛壓力、含氧量等參數(shù)，反應(yīng)速度快，調(diào)整穩(wěn)定，保證了鍋爐參數(shù)正常，提高了鍋爐效率。

3 實施效果

項目實施后，有效提高了5#、6#、8#全燃氣鍋爐增燃焦?fàn)t煤氣能力，滿足焦?fàn)t煤氣全部消化，無放散節(jié)能生產(chǎn)的要求。同時降低了排煙溫度，減少排煙損失和蒸汽生產(chǎn)成本。

5#鍋爐東西兩側(cè)燃燒器區(qū)域水冷壁管噴涂耐熱料，耐熱料厚度40 mm，總面積約為14 m2，實施前后主要運行參數(shù)對比見表1：

表1 5#鍋爐水冷壁噴涂保溫料前后運行情況對比 ℃

對比不同負荷下的主要參數(shù)，得出以下結(jié)論：爐膛溫度上升約30 ℃；排煙溫度下降約10 ℃；6 個煙溫除二級過熱器后煙溫上升外，其余下降。分析認為，噴涂耐熱料后，該區(qū)域水冷壁管吸熱量減少，使得爐膛溫度上升，提高了高溫段過熱器的煙氣溫度，高溫段過熱器吸熱量增加（表2）。

表2 5#鍋爐改造前后運行效果比較

對比改造前后鍋爐運行參數(shù)可知，此次5#鍋爐焦?fàn)t煤氣改造后，鍋爐蒸汽溫度、蒸汽壓力、爐膛負壓、排煙溫度等主要參數(shù)在正常范圍內(nèi)。從改造前后的數(shù)據(jù)可以看出，鍋爐燃料綜合下降22 m3/t，鍋爐負荷低原因為焦?fàn)t煤氣壓力影響。

對6#、8#鍋爐進行負荷試驗，根據(jù)煤氣情況調(diào)整鍋爐在各工況下運行，獲得試驗數(shù)據(jù)。試驗6#、8#鍋爐負荷至160 t/h、179 t/h運行，能夠?qū)崿F(xiàn)額定負荷運行。隨后根據(jù)高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣情況，保證鍋爐處于經(jīng)濟運行區(qū)域（表3）。

表3 6#鍋爐平均運行指標(biāo)對比

通過表3 參數(shù)對比，鍋爐負荷有了明顯提升，平均負荷提升14.8 t/h，各受熱面溫度未有明顯變化，日可燃用焦?fàn)t煤氣量19.5 萬立方米，煤氣綜合單耗降低32 m3/t。

通過表4 參數(shù)對比，鍋爐負荷有了明顯提升，平均負荷提升21.41 t/h，各受熱面溫度未有明顯變化，實際日可增燃焦?fàn)t煤氣量22 萬立方米。鍋爐過熱器、省煤器等部位積灰明顯減少，降低了排煙溫度，減少了排煙損失和蒸汽生產(chǎn)成本。

表4 8#鍋爐平均運行指標(biāo)對比

4 結(jié)束語

改造后6 臺鍋爐共年增加消化焦?fàn)t煤氣1.509 億立方米，年增加蒸汽產(chǎn)量78.75 萬噸，煤氣綜合單耗改造的4 臺鍋爐中3臺出現(xiàn)下降。5#鍋爐改造后，焦?fàn)t煤氣用量可達15 000 m3/h，單燒焦?fàn)t煤氣產(chǎn)蒸汽為75～80 t/h，公司在高爐全部休風(fēng)期間無高爐煤氣的情況下，利用焦?fàn)t生產(chǎn)產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣，可以實現(xiàn)鍋爐產(chǎn)汽帶動3#汽輪鼓風(fēng)機為公司3 臺高爐送風(fēng)，為高爐啟爐提供必要條件。焦化廠焦?fàn)t吸氣機后焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力更加穩(wěn)定，壓力波動范圍由原來的3.0～7.1 kPa 收窄到3.5～5.5 kPa，低于6～6.5 kPa 的放散壓力，避免了焦?fàn)t煤氣放散燃燒，提高公司焦?fàn)t煤氣回收利用率。