混燒鍋爐煙道系統(tǒng)改進(jìn)實(shí)踐

李順基，馮杰

（鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠發(fā)電作業(yè)區(qū)1#鍋爐設(shè)計(jì)成煤氣和煤粉混燒鍋爐，額定蒸發(fā)量為130 t/h，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電，同時(shí)滿足鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司生產(chǎn)用汽及冬季取暖，使用的煤氣種類有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣，1#鍋爐是鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司富余煤氣唯一的調(diào)節(jié)設(shè)備。

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠1#鍋爐自2009年投產(chǎn)以來，實(shí)際生產(chǎn)過程中大部分運(yùn)行工況多采用純燒煤氣的方式，燃煤運(yùn)行工況累計(jì)時(shí)間僅為800 h。2009年至2012年間1#鍋爐純燒煤氣，引風(fēng)機(jī)達(dá)到最大出力情況下，產(chǎn)生蒸汽量僅為103 t/h，距離滿負(fù)荷還差27 t/h，造成了采暖期汽輪機(jī)組不能滿負(fù)荷發(fā)電，導(dǎo)致煤氣大量放散，造成能源浪費(fèi)。

通過對比同型號鍋爐受熱面積、燃燒器能力及實(shí)際生產(chǎn)中爐本體煙道各點(diǎn)壓力測點(diǎn)參數(shù)，排除了鍋爐自身原因?qū)е碌臒o法滿負(fù)荷生產(chǎn)，故朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠著重分析了鍋爐空氣預(yù)熱器出口至煙囪部分煙道及風(fēng)機(jī)工作能力等方面的問題。

1 限制鍋爐負(fù)荷因素分析

1.1 風(fēng)機(jī)性能校驗(yàn)

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠鍋爐機(jī)組現(xiàn)有2臺引風(fēng)機(jī)，根據(jù)實(shí)際情況，對其兩種工況進(jìn)行了校驗(yàn)。

1.1.1 工況一

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，測量引風(fēng)機(jī)工作流量。鍋爐產(chǎn)汽量為100 t/h工況下，以高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為燃料，焦?fàn)t煤氣用量為11 000 m3/h，高爐煤氣用量為53 000m3/h，測量煙氣量［1］為 239509.32m3/h。單臺風(fēng)機(jī)出力為119 754 m3/h，遠(yuǎn)低于風(fēng)機(jī)最大能力，引風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)見表1。

1.1.2 工況二

根據(jù)鍋爐額定負(fù)荷，按照能量守恒定律,在純?nèi)几郀t煤氣工況下推算的煙氣量為最大量。以高爐煤氣為燃料對1#鍋爐煙氣熱力計(jì)算進(jìn)行分析，按照鍋爐蒸汽壓力為5.3 MPa、溫度為485℃，額定蒸發(fā)量為130 t/h,鍋爐效率為85%，需高爐煤氣約為139467m3/h，核算的理論煙氣量為327715m3/h，故單臺風(fēng)機(jī)出力約為163 857 m3/h，低于風(fēng)機(jī)最大能力（見表1）。

表1 引風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù)

通過對1#鍋爐煙氣測量和熱力計(jì)算，根據(jù)單臺風(fēng)機(jī)最大出力為178 488 m3/h（見表1），以上兩組工況都表明風(fēng)機(jī)有足夠的富余。1#鍋爐的2臺引風(fēng)機(jī)的工作能力能夠滿足焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣混燒正常工況下鍋爐出口煙氣量的要求。

1.2 煙道阻力測試

鍋爐帶100t/h負(fù)荷時(shí)，煙氣量為239509.32m3/h。采用負(fù)壓表測試鍋爐尾部煙道排煙出口至風(fēng)機(jī)入口的壓力損失約為1 100 Pa，除去管路和彎頭帶來的阻力損失為300 Pa，除塵脫硫裝置阻力損失可測量值約為800 Pa，而設(shè)計(jì)除塵脫硫裝置阻力損失僅為400 Pa，由此可推斷出，導(dǎo)致鍋爐無法滿負(fù)荷生產(chǎn)的原因是煙道阻力損失大，降低了風(fēng)機(jī)的壓頭。脫硫裝置煙氣阻力見表2。

表2 脫硫裝置煙氣阻力 Pa

由于鍋爐尾部設(shè)有除塵脫硫裝置，除塵脫硫裝置煙道距離長，有多處變徑、折彎現(xiàn)象，并包含多種除塵脫硫設(shè)備，如電除塵器、布袋除塵器，增加了煙氣阻力損失。此外，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，混燒鍋爐為處理煤粉燃燒產(chǎn)生的飛灰，導(dǎo)致除塵脫硫裝置部件結(jié)垢、煙氣流通面積減小、煙氣通道阻力增加，尤其是 NID反應(yīng)器系U型管段，反應(yīng)器底部積灰極容易致通道截面減少，造成煙道阻力增加［2］。

風(fēng)機(jī)性能曲線見圖1。在利用現(xiàn)有風(fēng)機(jī)情況下，通過減少煙氣流動阻力，降低引風(fēng)道阻力400 Pa，即可使風(fēng)機(jī)從工作點(diǎn)1達(dá)到工作點(diǎn)2，鍋爐達(dá)到了130 t/h的額定工況。即實(shí)現(xiàn)純?nèi)济簹夤r下1#鍋爐滿負(fù)荷生產(chǎn)。

綜合以上兩組核算數(shù)據(jù)表明：鍋爐不能滿負(fù)荷生產(chǎn)的主要原因是，引風(fēng)機(jī)最大出力不能將鍋爐煙氣全部抽走。影響引風(fēng)機(jī)出力主要因素是1#鍋爐引風(fēng)煙道內(nèi)阻力損失大，鍋爐引風(fēng)機(jī)出力不足，導(dǎo)致在煤氣量充足的情況下鍋爐產(chǎn)生的蒸發(fā)量僅能達(dá)到100 t/h左右。

煙氣流動過程中壓力損失影響引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。壓力損失大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)偏離正常工況點(diǎn)，造成工作出力降低，入口阻力大還會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)多耗電，因此，必須進(jìn)行技術(shù)改造才可實(shí)現(xiàn)鍋爐滿負(fù)荷生產(chǎn)和降低風(fēng)機(jī)電耗。

2 增加鍋爐產(chǎn)汽量的措施

2.1 引風(fēng)機(jī)增容

更換引風(fēng)機(jī)，增大2臺引風(fēng)機(jī)容量，單臺風(fēng)機(jī)流量為22萬m3/h，以克服煙道增加的阻力，同時(shí)需要增大電機(jī)的功率至840 kW［3］。

但該項(xiàng)措施設(shè)備費(fèi)用投資大、更換大容量風(fēng)機(jī)一般需要重新建造風(fēng)機(jī)和電機(jī)的基礎(chǔ)，建設(shè)時(shí)間較長，基礎(chǔ)建造和設(shè)備安裝調(diào)試預(yù)計(jì)需要30天；對生產(chǎn)影響大，可影響1臺發(fā)電機(jī)組的正常生產(chǎn)；并且需要對自動化控制設(shè)備進(jìn)行重新拆卸和安裝，工作難度大，運(yùn)行成本高。

2.2 新建旁路煙道

從風(fēng)機(jī)房外的煙道出口新建1個(gè)2 000 mm×3 600 mm的矩形旁路煙道，跨接整個(gè)除塵脫硫裝置，煙道長度約50 m,通過閥門控制煙氣的流動路徑。根據(jù)鍋爐燃料使用情況調(diào)節(jié)煙氣的流動方向，從而實(shí)現(xiàn)純?nèi)济簹馇闆r下，煙氣經(jīng)旁路煙道從煙囪排向大氣環(huán)境。此外，在制粉系統(tǒng)運(yùn)行和煤氣與煤粉混燒的工況下，利用閥門切換，使煙氣經(jīng)電除塵、NID反應(yīng)器和布袋除塵器最后從煙囪排向大氣。

建設(shè)旁路煙道，可降低煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力損失、投資少，不影響生產(chǎn)。可先行敷設(shè)煙道，最后完成對接工作。

考慮適應(yīng)1#鍋爐長時(shí)間以煤氣作為主要燃料的生產(chǎn)情況和建設(shè)時(shí)間長短，因此，鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠決定采取新建旁路煙道的措施。

3 改造旁路煙道的阻力計(jì)算

改造后旁路煙道長約為50 m，煙氣流經(jīng)管段的沿程摩擦阻力損失為［4］：

式中,λ為沿程阻力系數(shù)，鋼制煙道選取0.02；ρ為煙氣壓力，Pa；de為水力學(xué)直徑，m；w為煙氣流速，m/s；l為計(jì)算段長度，m；Tw為煙氣溫度，℃；T為 273.15，K。

2個(gè)Φ2 050 mm的煙道彎頭帶來的局部阻力損失為：

式中,ξ為局部阻力系數(shù)，鋼制煙道選取2.3；w為煙氣流速，m/s；ρ為煙氣壓力，Pa。

改造煙道的阻力損失合計(jì)為：

純?nèi)济簹鈺r(shí)通過煙氣旁路的調(diào)節(jié)可以使煙氣阻力損失下降600 Pa，使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)達(dá)到圖1中點(diǎn)3的情況，工作能力達(dá)到1.72萬m3/h。

4 實(shí)際效果

2013年9月朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠針對1#鍋爐存在的問題，對鍋爐煙道系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造。改造初期完成煙道的預(yù)制和土建施工，利用年修期間鍋爐停產(chǎn)進(jìn)行了煙道的對接工作，縮短了大量工期，將項(xiàng)目改造對發(fā)電生產(chǎn)的影響降至最低。

旁路煙道建成后，經(jīng)測量煙氣阻力損失下降了530 Pa，鍋爐實(shí)現(xiàn)了130 t/h的額定產(chǎn)能，達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)，取得了良好的效果。此外通過煙道改造項(xiàng)目的實(shí)施對鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠鍋爐無法達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)的原因比較復(fù)雜，存在許多不確定因素。本文通過對影響鍋爐及風(fēng)機(jī)出力的成因進(jìn)行全面細(xì)致分析，查找到根本原因，確定了尾部煙道煙氣阻力損失較大，是引起煤氣與煤粉混燒的1#鍋爐無法達(dá)到滿負(fù)荷生產(chǎn)的主要原因，并進(jìn)行了改造，施工期間進(jìn)行施工方案的編制，使煙氣阻力損失下降了530 Pa，實(shí)現(xiàn)了1#鍋爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，為鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 鄭體寬.熱力發(fā)電廠［M］.中國電力出版社，2007.

［2］ 楊俊波，侯慶偉，祁金勝.引風(fēng)機(jī)前煙道阻力特性分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2011，27（1）：69-70.

［3］ 劉文權(quán).低碳煉鐵：鋼鐵業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)［N/OL］.世界金屬報(bào).2010-09-13 ［2014-08-02］.http：//www.worldmetal.com.cn.

［4］ 黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整［M］.中國電力出版社，2003.