提升轉爐煤氣在燃氣鍋爐摻燒量的應用實踐

張 帥，朱先亮，王 輝

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動力廠，山東萊蕪 271104）

1 前言

萊鋼能源動力廠型鋼區目前有3臺130t/h燃氣鍋爐，所用燃料為高焦爐混合煤氣，根據煤氣總體平衡測算，高焦爐煤氣處于缺短的局面，經常出現因煤氣供應不足而影響發電量提升的問題。與此同時萊鋼轉爐煤氣回收量平均為110m3/t，比國內最高回收量135m3/t鋼還有較大差距，為了充分回收利用轉爐煤氣，需要改造現有的轉爐煤氣并網方式。公司2013年初將型鋼130t/h鍋爐摻燒轉爐煤氣作為改造項目，旨在消耗50%左右的轉爐煤氣。

2 工藝簡介

轉爐煤氣是鋼鐵企業內部中等熱值的氣體燃料。熱值在6000～8000k J/m3之間，C O含量gt;50%，熱值遠高于高爐煤氣，可以單獨作為工業窯爐的燃料使用，也可和焦爐煤氣、高爐煤氣、發生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。鑒于此種狀況我們研究決定將轉爐煤氣并入鍋爐高爐煤氣管網作為燃氣鍋爐的燃料，這樣既可以減少重建轉爐煤氣管網、改造鍋爐噴燃器的費用，又可以通過高爐煤氣與轉爐煤氣的協調調整來避免轉爐煤氣回收不連續、間斷使用對系統及鍋爐燃燒工況的影響。

3 存在問題及原因分析

在2013年7月將轉爐煤氣并入高爐煤氣管道后，通過控制轉爐煤氣電動蝶閥開度鍋爐開始摻燒轉爐煤氣后，分別經歷1#、2#、3#全部摻燒過程，但轉氣摻燒量受高氣壓力波動影響較大，絕大多數時間摻燒量在3000m3/h以下，極個別時間可達到20000m3/h，但持續時間很短，無法實現大量摻燒，不能滿足公司的投燒要求。整個7月共對轉氣蝶閥調節約300余次，每天最高次數達20次，但轉氣摻燒量隨高氣壓力波動變化明顯，多數時間摻燒量位于2000m3/h以下，遠低于設計值日平均25000m3/h的標準，無法實現轉爐煤氣高容量回收，能源浪費嚴重。

車間通過查閱煤氣壓力歷史趨勢得出造成鍋爐摻燒量無法滿足要求的主要原因是轉爐煤氣壓力相對高爐煤氣壓力偏低，且轉爐煤氣與高爐煤氣的壓力差波動頻繁，隨壓差的不斷變化轉氣摻燒量也大幅波動且無法持續，投燒量無法保證，達不到要求。

4 針對問題采取的調整措施

針對此種情況，通過研討與論證，車間本著降低高爐煤氣壓力同時提高轉爐煤氣壓力從而進一步增大轉氣與高氣的壓差保證投燒量的方針通過逐步摸索，進行了反復調整采取調整措施如下：

4.1 因2#鍋爐焦氣可實現遠程燃燒控制，選取2#鍋爐為試驗鍋爐。

4.2 在2#鍋爐轉爐煤氣蝶閥開全的基礎上，7月21日下午16：00高氣D N 2000蝶閥自100%開度按照5%的比例繼續壓減，壓減至60%左右時，高氣支管壓力未出現明顯下降，但轉氣、高氣壓差減小，轉氣摻燒量有所增加，16：35分，轉爐煤氣摻燒量達到了25000m3/h，但同樣的開度下，8m i n之后，16：43分時，轉爐煤氣摻燒量降為0，仍無法實現轉爐煤氣大流量穩定摻燒的目標。

4.3 在轉爐煤氣蝶閥全開的情況下，車間將2#鍋爐高氣D N 2000總閥均關至40%～35%之間，出現自鍋爐摻燒轉爐煤氣以來最大量27440m3/h，仍然同樣的開度，14：32分時，轉爐煤氣量降為0，此時轉氣壓力8.928k Pa，高氣壓力9.955k Pa，同樣無法實現轉爐煤氣大流量穩定摻燒的目標。

4.4 車間在2#鍋爐轉爐煤氣蝶閥開全的基礎上，高氣D N 2000蝶閥自25%開度按照5%的比例繼續壓減，壓減至10%～15%左右時，高氣支管壓力由10k Pa降至2.8k Pa（此時高氣主管壓力10.5k Pa左右，繼續壓減會造成支管壓力低于2.5k Pa報警），轉爐煤氣主管壓力降至4.7k Pa左右（轉爐站出口壓力6.7k Pa），轉爐煤氣摻燒量上升至3.5萬m3/h，且能保持穩定流量；調整過程中，焦氣保安量以上燃燒，鍋爐負荷115t/h，鍋爐各參數穩定，未出現任何波動或異常，達到預期目的。

4.5 運行優化控制措施

隨著轉爐煤氣投燒的大幅增加，在實際運行過程中會產生鍋爐負荷突然急劇升高、爐膛出現大正壓的情況，鍋爐參數出現“拉鋸式”變化，嚴重威脅到鍋爐及后續生產的安全運行。因此，我們研究了轉爐煤氣的燃料特性，從而作出相應的控制措施。

4.5.1 煤氣量定量控制

生產1t、3.82M Pa、450℃的蒸汽所需的熱量Q為：

式中：D——蒸汽產量，k g；

h1——壓力為6.3M Pa，溫度為106℃的給水焓值，查表為507.59k J/k g；

h2——蒸汽參數為3.82M Pa、450℃的焓值，查表為3333.47k J/k g。

代人公式（1）得：Q=2825880k J

鍋爐的熱效率按87%來計算，則：

生產1t蒸汽所需轉爐煤氣量為：

V=Q/7526/87%=458m3

因此，我們通過對高爐煤氣總管閥的開度控制，根據鍋爐負荷加減量的要求，對轉爐煤氣實行定量控制，確保不出現參數大幅波動情況。

4.5.2 風量定量控制

轉爐煤氣燃燒化學方程式為：

2 C O＋O2＝2 C O2完全燃燒1m3C O需0.5m3氧氣

2 H2＋O2＝2 H2O完全燃燒 1m3H2需 0.5m3氧氣

結合燃料成分，所以完全燃燒1m3轉爐煤氣理論氧氣量為：

0.504×0.5+0.026×0.5－0.011＝0.254m3

因空氣中氧氣體積分數為21%，則需空氣0.254/0.21＝1.2095m3

考慮過量空氣系數，α取1.1（爐膛出口煙氣含氧量按2%計算），則燃燒1m3轉爐煤氣需要的送風量為1.2095×1.1＝1.3306m3（空氣），轉爐煤氣熱值為 6686k J/m3。

折合燃用轉爐煤氣產生每G J熱量須消耗空氣1.3306×1000/6.686=199 m3（理論須空氣量為199/1.1=181m3）。

從煤氣成份及燃燒過程計算來看，產生熱量主要靠C O，產生相同熱量所需風量相差很小，在蒸汽負荷、鍋爐效率、送風量不變的情況下，燃料由高爐煤氣全轉變為轉爐煤氣后，過量空氣系數為218/181=1.2，對應爐膛出口煙氣含氧量為3.5%；而實際運行過程中，轉爐煤氣并網量低于30000m3/h，與高爐煤氣燃料比例低于1：2，若在全燃用高爐煤氣時控制爐膛出口煙氣含氧量2%，則轉爐煤氣并網波動時，爐膛出口煙氣氧量必然在2%～2.75%范圍內，因此，在投燒轉爐煤氣時，鍋爐風量不需進行調節就能使燃料完全燃燒，即定風量控制只需對引風機擋板進行調節便可實現穩定燃燒。

5 效果檢查

自2#鍋爐高氣D N 2000蝶閥壓減至10%～15%左右時，轉爐煤氣壓力總能保持高于高氣壓力，在轉爐煤氣允許摻燒的情況下能實現25000m3/h以上的持續摻燒，8、9、10三個月摻燒量分別達到1500、1530、1420萬m3，摻燒轉爐煤氣總量與有效摻燒時間的比值超過25000m3/h，達到27000m3/h，且鍋爐能保持安全穩定燃燒，實現了預期目標。

經濟效益計算：鍋爐8、9、10月共摻燒轉爐煤氣44500×103m3；按 1000m3轉爐煤氣產汽 2t、發電汽耗為42.34t/（萬k W·h）、1萬k W·h發電效益1000元計算，可創效益Q=44500×103m3×2t/1000m3÷42.34t/（萬k W·h）×1000元/（萬k W·h）=210.2萬元。

按此估算年度效益約為840萬元。

6 結語

通過將轉爐煤氣作為燃料應用于鍋爐，不僅豐富了鍋爐的燃料種類，有效降低了對高、焦爐煤氣的依賴性，提高了煤氣系統的運行穩定性，而且更合理高效地利用轉爐煤氣，減少轉爐煤氣放散量，提升萊鋼自發電總量，保證了蒸汽動力的連續安全穩定供應。

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