煤氣鍋爐穩燃堆的研究與應用

摘 要：分析煤氣鍋爐燃燒火焰不穩定因素及存在的危害，研究應用穩燃堆技術，有效提高煤氣鍋爐燃燒穩定性、安全性及燃燒效率。

關鍵詞：煤氣鍋爐 穩燃堆 燃燒

中圖分類號：TU996.7文獻標識碼：A文章編號：1674-098x（2013）04（c）-0080-01

濟鋼110t、220t純燒煤氣鍋爐屬于CCPP項目的配套工程，與原有的CCPP項目構成一個整體，鍋爐燃料來源于濟鋼煉鐵、焦化工序富余的高爐煤氣和焦爐煤氣，鍋爐燃燒以高爐煤氣為主，同時適應燃用70%高爐煤氣摻燒30%的焦爐煤氣的工況。經過凈化處理后的高、焦爐煤氣經由管道送至鍋爐燃燒器前，在燃燒器前的管道中混合后送入鍋爐的燃燒器，在爐膛內與空氣混合燃燒，生產出高溫高壓蒸汽、進入CCPP項目的汽輪機，帶動發電機做工發電；煙氣經換熱降溫后通過引風機從煙囪排出。

目前，國內煤氣鍋爐穩然系統大多采用底火來保證的正常的生產需要，但因生產模式的不同，地域的不同，各煤氣鍋爐采用的地火燃料也不同，在濟鋼內部因生產條件的限制在鍋爐點火及運行過程中的底火均采用焦爐煤氣。高爐煤氣中因前續系統中的各類凈化裝置中大多采用水洗，高爐煤氣種含有大量飽和水，同時焦爐煤氣含有大量的H2S成分，因此容易造成鍋爐的尾部煙道腐蝕。在正常的生產中由于操作人員的差異及生產條件的變化等等因素造成燃料的變化和鍋爐符合的變化，易產生異常的情況，嚴重時產生脫火、滅火甚至爐膛爆炸。

在正常生產中，充分考慮降低成本和延長鍋爐使用壽命等因素，主要以燃燒 使用高爐煤氣為主，因高爐煤氣熱值較低，火焰較長，火焰燃燒強度較低，因此火焰穩定較為困難，易造成鍋爐的脫火。

1 燃燒系統

煤氣燃燒器采用分層布置，可以單獨使用任何一層；煤氣和熱風分別送進燃燒器噴入爐膛，在燒嘴口混合燃燒。燃燒生成的高溫煙氣通過爐膛水冷壁、過熱器、省煤器及空氣預熱器各受熱面放熱冷卻后排入爐后煙氣系統。

系統裝有自動點火裝置，點火燃料采用焦爐煤氣，點火采用二級點火系統，由高能點火器點燃焦爐煤氣點火槍，再點燃高爐煤氣主燃燒器。底層各主燃燒器配備有高能電子點火槍，點火槍配備有氣動或電動推進裝置，以便實現程控。爐膛設有火焰全部熄滅后，能自動切斷燃料供應。

2 導致燃燒不穩定的因素

因素一：高爐煤氣鍋爐火焰長，溫度低，易造成脫火。

因素二：高爐煤氣鍋爐爐膛下部溫度低，易造成鍋爐熄火。因高爐煤氣熱值低，因此燃燒困難，靠內測火焰的鍋爐爐膛底部溫度較低不利于燃燒。

因素三：煤氣燃燒火焰成放射狀，噴射線路較為單一，一旦火焰噴嘴有偏差將造成爐膛火焰偏心，造成火焰不穩定，產生鍋爐爐膛溫度偏差，不利于均勻燃燒。

因素四：操作失誤導致的燃燒不穩定，主要是操作人員在鍋爐運行時操作不合理，不按照規章制度操作，工作人員安全意識不足，最終導致滅火等現象的發生。

焦爐煤氣底火存在易造成鍋爐尾部煙道的腐蝕，同時排煙溫度高，鍋爐尾部熱量利用下降，此因素的存在要求優化鍋爐運行，熄滅底火。根據以上問題，如何提高局部空間鍋爐爐膛溫度，以達到穩定高爐煤氣火焰燃燒為主要目的，同時消除焦爐煤氣底火為主要技術攻關方向。

3 火焰不穩定存在的風險

如果煤氣燃燒器出力過大，火焰就會脫開燃燒器，發生脫火現象；相反出力過小，火焰就會縮回燃燒器內，發生回火現象，使鍋爐運行中火焰不穩定熄火；由于高爐煤氣熱值較低，供氣壓力波動較大，可能造成熄火。熄火后，由于爐膛呈熾熱狀態，達到或超過可燃氣體的著火溫度，如果可燃氣體不能有效切斷，在爐膛內形成可燃氣體與空氣的混合物，就有可能立即發生爆炸。

爐膛爆炸是由于可燃氣體漏入并與空氣混合形成爆炸性混合物處于爆炸極限范圍時一接觸到適當的點火源就會發生爆炸的事故。伴隨著化學變化，爐內氣體壓力瞬時劇增，所產生的爆炸力超過結構強度而造成向外爆炸，由于在極短時間內大量能量在有限體積內積聚，造成鍋爐爐膛處于非常的高壓或高溫狀態，使周圍介質發生震動或鄰近的物質遭到破壞。

4 技術特點

4.1 穩燃堆的構造

在煤氣鍋爐底部爐膛中心位置，采用復合混凝耐火磚，堆砌單層環形結構，內部為中空。并在堆砌過程中采用異性耐火磚，在環形穩燃堆外部形成擾流區。在爐膛底部形成局部高溫區域，穩燃效果良好。焦爐煤氣底火完全消除，減少煙道腐蝕，同時鍋爐尾部煙氣利用空間加大，為煙氣充分利用創造條件。

4.2 燃料的品質

高爐煤氣成分包括：CO含量20.8%、CO2含量18.6%、H2含量5.3%、CmHn含量0.6%、N2含量54%、O2含量0.7%，供氣壓力為8-10KPa。焦爐煤氣成分包括：CO含量7.8%、CO2含量2.6%、H2含量60.8%、CmHn含量26%、N2含量2.4%、O2含量0.4%，供氣壓力為5～8 kPa。

高爐煤氣和焦爐煤氣由于成分不同，其物理化學性質也不同。高爐煤氣密度為1.29～1.33 kg/m3，引燃溫度為700～800 ℃，爆炸極限范圍為46～68%，熱值為3336 kJ/Nm3。焦爐煤氣密度為0.45～0.47 kg/m3，引燃溫度為550～650 ℃，爆炸極限范圍為4.5～35.8%，熱值為17097 kJ/Nm3。

4.3 工作原理

鍋爐到達一定負荷后，火焰對穩燃堆直接輻射加熱，并且燒紅穩燃堆，在鍋爐負荷超過30%時，形成鍋爐底部中間區域局部穩定區域，并在鍋爐某支管突發性滅火情況下，可繼續投用該支路，穩燃堆可及時引燃煤氣，避免爐膛內形成混合氣體，因穩燃堆在火焰位置，且溫度較高（超過1000 ℃），能夠直接達到點燃高爐煤氣的溫度，因此直接避免火焰脫火、熄火問題。

5 實施效果

煤氣的燃燒速度隨著溫度的升高而大大升高，在燃燒區域內形成高溫，通過穩燃堆的蓄熱，在燃燒區域形成一個穩定的高溫區域（超過1000 ℃），運行時它的存在提高了燃燒器區域的溫度場溫度，加快了煤氣燃燒速度，使燃燒更完全、更穩定。

在穩燃堆投用后未產生脫火、熄火現象，并且爐膛中部形成穩燃圈，便于監控爐膛內部燃燒。同時鍋爐爐膛溫度偏差較小，水冷壁循環水系溫度偏差較小，并直接避免鍋爐尾部二次燃燒或爆炸。經過實際運行，證明該項目實施效果良好，達到了技術要求。并提高了高爐煤氣的利用，減少了焦爐煤氣需求。

參考文獻

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