鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的分析和改造實踐

何慧軍 黃東寧

(浙江杭鋼動力公司,浙江杭州 310022)

鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的分析和改造實踐

何慧軍 黃東寧

(浙江杭鋼動力公司,浙江杭州 310022)

分析對比不同燃料性質對蒸汽鍋爐受熱面布置的要求，根據鏈條鍋爐受熱面布置情況，提出維持受熱面不變把鏈條鍋爐改造為燃高熱值煤氣鍋爐的方案，并對改造情況進行驗證。

鏈條鍋爐 燃氣鍋爐 燃氣特性 受熱面布置

原煤燃燒產物對環境造成的危害較大，隨著環境保護意識的提高，企業逐步減少原煤消耗，控制污染物的排放。本公司處于城市周邊，根據相關要求必須停止原煤的使用，因此需對原有燃煤鏈條鍋爐進行改造，改為燃用鋼鐵冶煉副產的煤氣。針對燃料特性對鍋爐受熱面布置的影響，在保持鍋爐受熱面基本不變的情況下，對鍋爐可使用煤氣的特性進行論證，得出燃高熱值煤氣的受熱面結構設置與燃煤鍋爐較為接近，提出鏈條鍋爐改為燃高、焦混合煤氣或轉爐煤氣的改造方案，并針對改造后鍋爐進行各種調試，證明鍋爐改造后達到額定蒸汽參數和預計出力。

1 燃料特性對鍋爐受熱面布置的影響

燃料性質對鍋爐受熱面的影響很大，本文僅對燃煤鍋爐與燃鋼鐵冶煉副產煤氣鍋爐兩種鍋爐受熱面不同布置進行分析。固體燃料主要參與燃燒的成分為碳和揮發分，其他可燃成分比例很低，因此燃燒燃燒溫度高，燃燒產物爐膛黑度大，空氣過剩系數較低，爐膛輻射吸熱大，尾部換熱比例較低，因此把鍋爐爐膛空間設計較小，增加過熱器吸熱面積，同時在鍋爐尾部設計一定換熱面積的空預器，降低排煙溫度并提高燃燒配風溫度，加速燃燒反應。氣體燃料的受熱面布置與氣體燃料的成分組成有關：焦爐煤氣主要可燃成分為氫氣、甲烷和一氧化碳，不可燃成分比例在10%以下，燃燒溫度很高，燃燒煙氣量少，因此設計時爐膛空間偏小，尾部受熱面的換熱面積設計較大；高爐煤氣主要可燃物一氧化碳比例在25%左右，理論燃燒溫度低，不燃成分氮氣和二氧化碳的比值超過70%，煙氣量大，因此高爐煤氣鍋爐的爐膛空間設計較大，以滿足蒸汽吸熱比例的要求。

根據以上對比，燃煤鍋爐與燃焦爐煤氣鍋爐的受熱面布置要求較為相似，都是爐膛空間較少，尾部受熱面布置較大的爐型，而高爐煤氣鍋爐則需布置為大爐膛空間的結構。鏈條鍋爐進行煤改氣的改造，若改為燃低熱值高爐煤氣對受熱面布置影響大，改造范圍和費用將較高。為節省投資對鏈條鍋爐改燃高熱值煤氣(如高爐、焦爐混合煤氣或轉爐煤氣)的可行性進行分析。

2 鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣鍋爐的可行性分析

對于不同燃料對吸熱的影響可以從煙氣量的計算結果先進行對比，本文取原煤與轉爐煤氣進行對比計算。

固體燃料理論空氣量L0、理論煙氣量V0和實際煙氣量Va計算公式為：

表一 原煤元素成分表

表二 轉爐煤氣成分表

表三 鍋爐運行情況表

按表一原煤的成分并取空氣過剩系數1．3計算，分別得出：

L0=6．94m3/kg

V0=9．38m3/kg

Va=11．46m3/kg按表二氣體燃料以轉爐煤氣為例，根據氣體燃料計算公式，以過剩空氣系數1．2計算轉爐煤氣的煙氣量，分別如下：

根據設計負荷，按鍋爐熱效率不變的情況進行對比，產生同樣蒸汽需消耗的原煤和轉爐煤氣分別為：5．123t/h和21840m3/h，因此原煤與轉爐煤氣產生的煙氣量分別為11．46×5123=58710(m3/h)和2．280×21840=49795(m3/h)，轉爐煤氣比燃煤鍋爐產生的煙氣量略少。

若受熱面布置不變，轉爐煤氣鍋爐的爐膛出口溫度必須比燃煤鍋爐的高才能保證尾部受熱面的吸熱比例達到設計值，因此進行爐膛出口溫度的分析。燃煤鍋爐爐膛黑度大，輻射能力強，因此轉爐煤氣鍋爐水冷壁吸熱能力比燃煤鍋爐差，有利于保證轉爐煤氣鍋爐爐膛出口溫度的提高；此外鏈條鍋爐火床較低，火焰中心低于燃氣鍋爐，爐膛出口溫度較低。

筆者還對一定摻混比例的高爐、焦爐混合煤氣(熱值比轉爐煤氣高)進行計算，得出煙氣量偏差不大，熱值越高，煙氣數值越接近，因此認為鏈條鍋爐改為高熱值煤氣鍋爐是可行的。

3 鏈條鍋爐改為燃高熱值煤氣的改造方案

按照盡可能不動受熱面減少改造費用的要求對鏈條鍋爐進行改造，把原有爐排表面鋪設隔熱層、再澆筑保溫、耐火材料進行保護；保持原有前拱不變，拆除前拱水冷壁耐火澆注料，把后拱水冷壁管拉直，拆除表面耐火層，增加水冷壁吸熱面積；在前后側爐墻各布置兩組對燒噴嘴；在兩側墻靠下部各裝一只對燒噴嘴，保持爐膛內部火焰的充滿度，減少熱偏差；維持尾部受熱面不變，把面式減溫器改為混合式減溫器。整個改造涉及承壓系統的管道較少，改造費用較低，燃燒系統進行全面改造并增加熄火保護裝置(FSSS系統)。

4 改造效果分析

鍋爐改造后，通過煤氣管網的配置，鍋爐可以使用熱值在10000kJ/m3的混合煤氣，也可使用熱值在7000kJ/m3的轉爐煤氣，表3是改造后的運行參數。

通過表3分析，鍋爐改造后達到原有的負荷水平，蒸汽參數也滿足要求；根據對改造前數據分析，改造后鍋爐熱效率有所提高，改造效果非常成功。對于有高熱值煤氣富裕的鋼鐵企業，維持受熱面基本不變的情況下把燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐，既可以減少原煤消耗，又可以充分利用二次能源，達到很好的節能減排和環境保護效果，具有很好的推廣價值。

[1]韓昭滄.燃料及燃燒.冶金工業出版社,1994-10.

[2]周強泰.鍋爐原理.中國電力出版社,2009-09.

[3]方永峰,薛東曉,馬磊磊.高爐煤氣鍋爐爐墻的改造.煤氣與熱力,2012-07.