混燒鍋爐煙道系統改進實踐

李順基，馮杰

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠發電作業區1#鍋爐設計成煤氣和煤粉混燒鍋爐，額定蒸發量為130 t/h，鍋爐產生的蒸汽用于發電，同時滿足鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司生產用汽及冬季取暖，使用的煤氣種類有焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣，1#鍋爐是鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司富余煤氣唯一的調節設備。

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠1#鍋爐自2009年投產以來，實際生產過程中大部分運行工況多采用純燒煤氣的方式，燃煤運行工況累計時間僅為800 h。2009年至2012年間1#鍋爐純燒煤氣，引風機達到最大出力情況下，產生蒸汽量僅為103 t/h，距離滿負荷還差27 t/h，造成了采暖期汽輪機組不能滿負荷發電，導致煤氣大量放散，造成能源浪費。

通過對比同型號鍋爐受熱面積、燃燒器能力及實際生產中爐本體煙道各點壓力測點參數，排除了鍋爐自身原因導致的無法滿負荷生產，故朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠著重分析了鍋爐空氣預熱器出口至煙囪部分煙道及風機工作能力等方面的問題。

1 限制鍋爐負荷因素分析

1.1 風機性能校驗

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠鍋爐機組現有2臺引風機，根據實際情況，對其兩種工況進行了校驗。

1.1.1 工況一

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠根據實際生產情況，測量引風機工作流量。鍋爐產汽量為100 t/h工況下，以高爐煤氣、焦爐煤氣為燃料，焦爐煤氣用量為11 000 m3/h，高爐煤氣用量為53 000m3/h，測量煙氣量［1］為 239509.32m3/h。單臺風機出力為119 754 m3/h，遠低于風機最大能力，引風機銘牌參數見表1。

1.1.2 工況二

根據鍋爐額定負荷，按照能量守恒定律,在純燃高爐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#鍋爐煙氣熱力計算進行分析，按照鍋爐蒸汽壓力為5.3 MPa、溫度為485℃，額定蒸發量為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，故單臺風機出力約為163 857 m3/h，低于風機最大能力（見表1）。

表1 引風機銘牌參數

通過對1#鍋爐煙氣測量和熱力計算，根據單臺風機最大出力為178 488 m3/h（見表1），以上兩組工況都表明風機有足夠的富余。1#鍋爐的2臺引風機的工作能力能夠滿足焦爐煤氣、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負荷時，煙氣量為239509.32m3/h。采用負壓表測試鍋爐尾部煙道排煙出口至風機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，而設計除塵脫硫裝置阻力損失僅為400 Pa，由此可推斷出，導致鍋爐無法滿負荷生產的原因是煙道阻力損失大，降低了風機的壓頭。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、折彎現象，并包含多種除塵脫硫設備，如電除塵器、布袋除塵器，增加了煙氣阻力損失。此外，隨著運行時間的增加，混燒鍋爐為處理煤粉燃燒產生的飛灰，導致除塵脫硫裝置部件結垢、煙氣流通面積減小、煙氣通道阻力增加，尤其是 NID反應器系U型管段，反應器底部積灰極容易致通道截面減少，造成煙道阻力增加［2］。

風機性能曲線見圖1。在利用現有風機情況下，通過減少煙氣流動阻力，降低引風道阻力400 Pa，即可使風機從工作點1達到工作點2，鍋爐達到了130 t/h的額定工況。即實現純燃煤氣工況下1#鍋爐滿負荷生產。

綜合以上兩組核算數據表明：鍋爐不能滿負荷生產的主要原因是，引風機最大出力不能將鍋爐煙氣全部抽走。影響引風機出力主要因素是1#鍋爐引風煙道內阻力損失大，鍋爐引風機出力不足，導致在煤氣量充足的情況下鍋爐產生的蒸發量僅能達到100 t/h左右。

煙氣流動過程中壓力損失影響引風機正常運行。壓力損失大，導致風機偏離正常工況點，造成工作出力降低，入口阻力大還會導致風機多耗電，因此，必須進行技術改造才可實現鍋爐滿負荷生產和降低風機電耗。

2 增加鍋爐產汽量的措施

2.1 引風機增容

更換引風機，增大2臺引風機容量，單臺風機流量為22萬m3/h，以克服煙道增加的阻力，同時需要增大電機的功率至840 kW［3］。

但該項措施設備費用投資大、更換大容量風機一般需要重新建造風機和電機的基礎，建設時間較長，基礎建造和設備安裝調試預計需要30天；對生產影響大，可影響1臺發電機組的正常生產；并且需要對自動化控制設備進行重新拆卸和安裝，工作難度大，運行成本高。

2.2 新建旁路煙道

從風機房外的煙道出口新建1個2 000 mm×3 600 mm的矩形旁路煙道，跨接整個除塵脫硫裝置，煙道長度約50 m,通過閥門控制煙氣的流動路徑。根據鍋爐燃料使用情況調節煙氣的流動方向，從而實現純燃煤氣情況下，煙氣經旁路煙道從煙囪排向大氣環境。此外，在制粉系統運行和煤氣與煤粉混燒的工況下，利用閥門切換，使煙氣經電除塵、NID反應器和布袋除塵器最后從煙囪排向大氣。

建設旁路煙道，可降低煙風系統的阻力損失、投資少，不影響生產。可先行敷設煙道，最后完成對接工作。

考慮適應1#鍋爐長時間以煤氣作為主要燃料的生產情況和建設時間長短，因此，鞍鋼集團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算

改造后旁路煙道長約為50 m，煙氣流經管段的沿程摩擦阻力損失為［4］：

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

2個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，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為：

純燃煤氣時通過煙氣旁路的調節可以使煙氣阻力損失下降600 Pa，使風機的工作點達到圖1中點3的情況，工作能力達到1.72萬m3/h。

4 實際效果

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，對鍋爐煙道系統進行了設計改造。改造初期完成煙道的預制和土建施工，利用年修期間鍋爐停產進行了煙道的對接工作，縮短了大量工期，將項目改造對發電生產的影響降至最低。

旁路煙道建成后，經測量煙氣阻力損失下降了530 Pa，鍋爐實現了130 t/h的額定產能，達到滿負荷生產，取得了良好的效果。此外通過煙道改造項目的實施對鍋爐經濟運行積累了大量的經驗。

5 結語

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司能源動力廠鍋爐無法達到滿負荷生產的原因比較復雜，存在許多不確定因素。本文通過對影響鍋爐及風機出力的成因進行全面細致分析，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#鍋爐無法達到滿負荷生產的主要原因，并進行了改造，施工期間進行施工方案的編制，使煙氣阻力損失下降了530 Pa，實現了1#鍋爐滿負荷生產，為鍋爐經濟運行積累了大量的經驗。

［1］ 鄭體寬.熱力發電廠［M］.中國電力出版社，2007.

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

［3］ 劉文權.低碳煉鐵：鋼鐵業發展低碳經濟的重點［N/OL］.世界金屬報.2010-09-13 ［2014-08-02］.http：//www.worldmetal.com.cn.

［4］ 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整［M］.中國電力出版社，2003.