提高發電站轉爐煤氣燒量的研究與應用

胡 鋒

1 引言

在攀鋼三期工程建設中，發電站建設兩套55 MW汽輪發電機組，配套兩臺240 t/h燃氣鍋爐。鍋爐燃燒高爐煤氣、焦爐煤氣和轉爐煤氣，生產蒸汽額定溫度540℃、壓力9.8 MPa。兩臺鍋爐均為自然循環汽包爐、燃燒器四角布置、切圓燃燒、平衡通風。鍋爐構架采用全鋼全懸吊結構、“∏”型布置汽包鍋爐室外布置。9#鍋爐燃燒器噴口從上到下布置為轉爐－焦爐－高爐－焦爐－高爐－焦爐，假象切圓直徑φ562，設計轉爐煤氣燒量為27 km3/h。10#鍋爐燃燒器噴口從上到下布置為轉爐－高爐－焦爐－轉爐－高爐－焦爐，假象切圓直徑φ800，設計轉爐煤氣燒量為51×103m3/h。

發電站建成后，攀鋼成功實現了轉爐煤氣的回收利用。但是隨著生產的進行，發生了轉爐煤氣煤量持續下降趨勢，于是如何提高轉爐煤氣燒量就成了發電站生產運行管理的重要課題之一。

2 存在的問題

發電站轉爐煤氣回收熱量基本在0.40 GJ/t鋼左右，遠低于西昌鋼釩0.50 GJ/t噸鋼的回收水平。該系統主要存在以下問題：

（1）9#鍋爐在投產初期轉爐煤氣燒量可達27×103m3/h，在2013年4月停爐對燃燒器進行疏通處理后的燒量也可達26×103m3/h，但2014年上半年平均燒量僅19.2×103m3/h，回收量低于正常水平。

（2）當9#鍋爐2#轉爐煤氣調節閥大于一定開度時，熱風箱振動劇烈，因此控制其開度不超過40%，減少了轉爐煤氣燒量。

（3）10#鍋爐設計有兩層轉爐煤氣火咀，因回收量不足平常上層只開兩個火咀，8個火咀中有6個處于運行狀態，剩余兩個火咀未充分發揮作用。

9#鍋爐和10#鍋爐2014年上半年轉爐煤氣平均燒量如表1。

3 原因分析

3.1 9#鍋爐火咀堵塞嚴重

9#鍋爐在投產初期轉爐煤氣燒量可達設計值，至2014年5月轉爐煤氣的平均燒量在19×103m3/h左右，相差較大，除2#火咀調節閥開度因振動大開度小于40%外，其他轉爐煤氣火咀調節閥的開度均在85%以上，而調節閥40%的開度其通過轉爐煤氣的流量也應該在最大流量的60%左右，同時通過調整1#和3#火咀調節閥開度，發現開度在60%至90%變化的過程中，轉爐煤氣流量基本無變化，可以判斷火咀堵塞較嚴重。

表1 2014年1～6月轉爐煤氣平均燒量103m3/h

3.2 9#爐2#轉爐煤氣熱風流道設計存在缺陷

熱空氣在風道中流動時出現嚴重的紊流現象，局部阻力過大，產生共振，導致調節閥開度超過40%以上時振動較大，威脅整個爐體的安全運行。

3.3 12#支架至發電站管徑小，輸送能力不足影響了轉爐煤氣的回收利用

轉爐煤氣加壓風機出口管道為DN1400,在煤氣加壓站后變徑為DN1100，在12#支架后就變徑為DN1000，之后到14#管道支架處分別送至9#、10#鍋爐使用，其中兩臺爐的轉爐煤氣管道分別為DN800、DN1000，再分別進入各支管和轉爐煤氣燃燒器燃燒利用。由于9#、10#鍋爐節點使用壓力要求不低于8 kPa，在增加輸送量時，受管道輸送能力制約，轉爐煤氣最大輸送量只能達到55×103m3/h，即不能滿足用戶燒嘴使用壓力要求，導致轉爐煤氣使用量不能繼續提高，嚴重制約了轉爐煤氣的回收與使用的平衡，導致冶煉中的轉爐煤氣不能完全回收利用。理論計算和實際檢測值如表2[1}和表3。

表2 理論計算轉爐煤氣輸送管道分段流速及壓力損失情況

表3 實際檢測轉爐煤氣輸送管道分段管道壓力情況

通過以上理論與實際數據比較，說明以下問題：

(1）轉爐煤氣加壓站站外到12#支架眼鏡閥處管道阻力損失基本正常，該段管道長度約500 m，阻力損失只有 1.4～1.6 kPa。

(2）12#支架眼鏡閥前到9#、10#鍋爐總管前管道約200 m，管道壓損較大，達到3 kPa左右，其原因是該段管道只有DN1000，在與前端管道在同樣的輸送能力下，流速增加，導致管道阻損增加，兩端管道的流通截面積相差21%，導致轉爐煤氣使用量不斷增加時，壓力損失增加更大，進而不能滿足用戶使用點的壓力要求，是導致轉爐煤氣冶煉中回收量增加但不能充分利用的主要原因.

3.4 轉爐煤氣調整安全余量過大

原來對轉爐煤氣柜位的規定是當低于3萬m3時就開始減少燒量，設計柜位為8萬m3，即在柜位低于設計值的37.5%時就開始減少轉爐煤氣的燒量，此值偏高，即安全余量過大；對轉爐煤氣母管壓力而言，規定當壓力低于9.5 kPa時開始減少燒量，而焦爐煤氣總管壓力通常在6 kPa左右，仍然可以安全燃燒，所以壓力的安全余量相對于焦慮煤氣高出58.3%，安全余量同樣過大。

3.5 轉爐煤氣含水量大

轉爐煤氣采用濕式除塵方式，導致煤氣中含水量大。隨著輸送溫度的降低，將有大量的水因溫度低于飽和溫度而析出，沿途排水器的位置和數量將直接影響排水量，排水不暢水將堵塞通道，降低系統壓力，減少燒量。同時，水進入爐膛后也將消耗更多的燃料，通過尾部煙道時產生低溫腐蝕。

4 對策

根據以上問題和原因分析，能動中心于2014年4月開始有針對性對提高轉爐煤氣燒量進行了研究，具體措施如下。

4.1 停爐疏通噴咀并擴孔

利用4#發電機組定修的機會，進入爐膛對各層火咀進行檢查清掃，并請藍星專業清洗公司對轉爐煤氣火咀進行清洗。從現場情況來看，轉爐煤氣火咀堵塞嚴重，近一半的面積被淡黃色的固體堵塞，嚴重影響了轉爐煤氣的燒量，見圖1。同時，將9#爐轉爐煤氣燃燒器火咀口徑擴充至φ20mm，見圖2。還分解檢查煤氣調節閥門和快關閥，清理閥瓣積垢。

圖2 轉爐煤氣火咀疏通擴孔后

4.2 9#爐2#轉爐煤氣風道增設導流板

通過現場觀察發現，2#轉爐煤氣風道從母管取出后形成“L”型管道進入噴咀，因位于最上層彎頭前后的直線距離短，突然彎曲，局部阻力損失過大。根據文獻[2]的說明，為了降低風管系統的局部阻力，對不采用曲率半徑為一個平面邊長的內外同心弧形彎管，其平面邊長大于500 mm的，須設置導流片。轉爐煤氣熱風管最長邊約800 m，超過了500 mm的限制，須設置導流板以減少局部阻力。增設兩塊導流板后，調門開度可以隨意開啟，增加轉爐煤氣燒量，徹底消除了風管振動的現象。

4.3 增加一條DN800轉爐煤氣管道

從送8#鍋爐轉爐煤氣管道上新建一根DN800管道至10#鍋爐轉爐煤氣總管插板閥前，長約200m,形成轉爐煤氣的環狀管網，如圖3所示。

圖3 發電站轉爐煤氣管網圖

4.4 制定管控措施，優化運行調整增大轉爐煤氣燒量。盡量多回收轉爐煤氣，避免因柜位高而拒收的情況發生，最終實現“零”拒收。

（1）將轉爐煤氣總管壓力低開始減量的值由9.5 kPa降為8.5 kPa，將轉爐煤氣柜位低開始減量的值由3.0萬m3降為2.5萬m3。當柜位回升時逐漸增加燒量：當柜位為4萬m3時，發電站鍋爐轉爐煤氣總燒量不低于50×103m3/h；當柜位大于4.5萬m3時，轉爐煤氣總燒量不低于55×103m3/h；當柜位大于5萬m3時，轉爐煤氣總燒量不低于60×103m3/h。

(2)轉爐煤氣柜位低解列值由原來的1.0萬m3降為0.8萬m3。

(3)增減量主要由10#鍋爐來完成，保持9#鍋爐轉爐煤氣燒量穩定。

(4)轉爐煤氣減量過程中若參數異常，可調整焦爐煤氣穩定工況。

(5)司爐操作過程中不斷摸索轉爐煤氣的回收規律，盡量小開小關，避免增減量大起大落，降低頻繁的熱交變應力對鍋爐受熱部件的影響。

4.5 增設排水器

為增加排水量，在轉爐煤氣管道的垂直上升處，即圖3所示的①、②和③位置加裝排水器。增設排水器后，收集5 min的排水量：①處為4100 mL、②處2720 mL、③處 5340 mL，合即排水量 12.16 kg/h。增設排水器前后試驗的壓力比對情況見表4。

表4 增設排水器前后試驗壓力對比

5 效益

5.1 參數比對

以上措施全部在7月上旬實施完畢后，統計2014年7至12月轉爐煤氣平均燒量如表5所示。

從表5與表1的統計數據來看，9#爐增加燒量5.1×103m3/h，10#爐轉爐煤氣燒量減少 0.4×103m3/h，轉爐煤氣總的平均燒量增加4.7×103m3/h。

表5 2014年7～12月轉爐煤氣平均燒量103m3/h

5.2 效益

（1）經濟效益

兩臺鍋爐增加轉爐煤氣燒量4.7×103m3/h，轉爐煤氣熱值 5.13 GJ/×103m3，結算價 27 元/GJ，則發電站轉爐煤氣燒量提高后全年（年運行8000 h）直接創經濟效益：

4.7 ×5.13×8000×27=5207976 元，約 520 萬元

（2）社會效益

多回收利用轉爐煤氣，減少熱排放和熱污染，提高了公司二次能源利用水平。同樣負荷條件下可相應減少煤粉燒量，降低顆粒物、二氧化硫和氮氣化物排放量，也減少了煤灰的二次污染，有力地保護了生態環境。

[參 考 文 獻]

[1]《煤氣設計手冊》編寫組編.煤氣設計手冊[M]，北京:中國建筑工業出版社，1983年8月.