提升鍋爐負荷與降低標煤消耗技術改造

張桂蓮

（天津鐵廠有限公司，河北056404）

0 引言

近年來，由于天鐵公司高、轉爐煤氣產出量明顯增多，同時基于煤炭市場波動較大，環保要求逐步提高等原因，2019 年3 月將兩臺75t/h 蒸汽鍋爐由煤粉、焦爐煤氣混合燃燒改為純高、轉爐混合煤氣燃燒[1]，焦爐煤氣用于點火和保火。 由于燃料的改變，導致燃燒工況改變，煙氣通過除塵器煙道時阻力增大，在不更換引風機的情況下，為了維持鍋爐爐膛正常負壓，迫使鍋爐降低負荷率運行。 另外，經過一段時間運行發現，與以煤粉為主、焦爐煤氣為輔的燃燒條件相比，純煤氣的燃燒條件下，衛燃帶處水冷壁換熱量相對小，爐膛火焰中心上移，排煙溫度偏高，熱利用率低，噸蒸汽標煤消耗大。 再者，燃料改變后燃燒調整做得不到位，煤氣、風量配比不合理，也是導致熱負荷低、噸蒸汽標煤消耗大的一項重要原因。 本文針對這些問題進行了分析和研究，并實施了技術改造和燃燒調整。

1 導致鍋爐負荷率低的原因分析

1.1 煙氣除塵器阻力大

兩臺75t/h 蒸汽鍋爐原以燃煤為主、煤氣為輔，煤粉燃燒后煙氣中會帶有大量粉塵顆粒，因此分別配套建有一臺低壓脈沖布袋除塵器，如圖1 所示。煤粉燃燒后的煙氣經前端煙道進入除塵器過濾室，煙氣不斷由布袋下部外側穿過布袋向上部內側流動，最后由布袋口進入凈氣室，凈氣室與內部煙道之間有提升閥，除塵器在正常工作情況下，提升閥是打開狀態，凈氣室內的煙氣從提升閥處進入內部煙道，最后經引風機排出。

高爐燃料改變后，高爐煤氣所占比重最大。 而高爐煤氣的主要成分為CO、H2、CH4、CO2、N2等，其中可燃成分CO 含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分別占15%、55%左右，即CO2、N2的含量之和達70%，而二者既不參與燃燒產生熱量，也不能助燃，全部轉移到燃燒產生的煙氣中，導致燃高轉爐煤氣時，鍋爐產生的煙氣量遠大于燃煤鍋爐。 在除塵過濾面積不變的情況下，煙氣量增加勢必造成除塵器阻損增大，顯得引風機吸力不足[2]。在不更換引風機的情況下，鍋爐只能低負荷運行，嚴重影響鍋爐負荷率。

1.2 衛燃帶影響換熱

動力廠原兩臺75 t/h 鍋爐以燃煤為主，焦爐煤氣點火、保火。 由于燃煤的揮發分低、水分高，導致點火困難、燃燒穩定性差的問題，特別在低負荷運行時，爐膛溫度低，燃燒不穩定，容易造成爐膛滅火。 因此在鍋爐燃燒器周圍的水冷壁表面敷設衛燃帶，以起到穩定燃燒、提高爐膛溫度、延長煤粉燃燒時間、保護燃燒器附近水冷壁免受磨損等作用。

以純煤氣為燃料后，基于焦爐煤氣熱值較高、易燃、燃燒穩定等優點，因此用焦爐煤氣點火、穩定燃燒使爐膛達到一定溫度后，再逐漸投入高、轉爐煤氣造成。 高爐、轉爐、焦爐、三種煤氣從源頭產出首先進入煤氣柜儲存，煤氣柜起到了儲存和穩定輸出的作用，不存在中斷的問題。 另外，高、轉煤氣不存在之前煤粉對燃燒器周圍水冷壁沖刷的問題。 因此，改為純煤氣燃燒后，衛燃帶之前的有利作用幾乎消失。

衛燃帶敷設在鍋爐四角煤粉燃燒器所在高度的水平位置上。 改為純煤氣燃燒后，煤氣火嘴設在原煤粉燃燒器的中下部，即衛燃帶比煤氣火嘴位置略高，衛燃帶處水冷壁吸熱量相對少，使得爐膛火焰中心被提高，導致爐內過熱器處煙溫偏高，過熱蒸汽溫度調節困難，最終排煙溫度偏高。 因此燃氣產生的熱量沒有被充分利用，熱損失大，影響了鍋爐的負荷率，導致噸蒸汽標煤消耗大。

1.3 燃燒調整不合理

煤粉燃燒時，要做好合理的風煤配比，和一、二、三次風的配合。 鍋爐負荷變化時，對于煤粉量的調整，由于采用的中間倉儲式制粉系統，只需根據母管壓力和汽輪機等用戶需求調整負荷，當負荷變化較小時，改變給粉機轉速和風量即可達到調節目的，當負荷變化較大時，先投入或停止燃燒器的支數做粗調，再改變給粉機的轉速做細調，與此同時，對風量進行相應調整。

純煤氣燃燒的調整方式與煤粉燃燒調整不同，不但要考慮到蒸汽母管壓力、 汽輪機等用需要，還必須考慮到煤氣自身壓力的變化。 雖然輸送進鍋爐的三種煤氣均有煤氣柜儲存，但是由于高爐、焦爐、轉爐產出量不是均衡的，所以煤氣壓力也是有波動的，使得三種煤氣比例也不是固定值。 現場實際操作中，往往同時面臨需主動調整鍋爐負荷和因煤氣波動而被動調整負荷的問題，煤氣量和風量調配工作繁復。

2 技術改造與燃燒調整

鑒于上述問題，天鐵動力廠于2019 年11 月至2020 年2 月，對全然氣的兩座75 t/h 鍋爐實施如下改造和調整。

2.1 改造原除塵器前端煙道

基于燃氣從源頭產出后就經過除塵處理達到了環保要求，且鍋爐煙氣經過除塵器時阻力大的原因，為此將原除塵器與前端煙道接口封堵，并且將前端煙道加以改造，與原除塵器內部煙道相連接構成直流煙道[3]，同時將原凈氣室與內部煙道之間的提升閥封閉，如圖2 所示。 這樣煙氣不再經過除塵器內部，而走直流煙道，使煙氣阻力明顯降低。

2.2 拆除衛燃帶

鑒于純煤氣燃燒后，衛燃帶之前的有利作用幾乎消失； 另外為了解決衛燃帶導致火焰中心上移、爐膛溫度偏高、排煙熱損失大的問題，經過對煤氣、風量調節時火焰中心的位置變化和燃燒狀態觀察，決定對衛燃帶進行全部拆除。

2.3 高爐、轉爐煤氣預混

高爐煤氣主要可燃成分CO 僅占25%左右，其單獨燃燒速度慢、不穩定，而轉爐煤氣主要可燃成分CO 占60%～80%，屬于中等熱值燃氣，故將此兩種煤氣從煤氣柜輸出后并入一根管道中輸送給鍋爐，這樣既解決了高爐煤氣難燃、燃燒不穩定的問題，也相應地節約了維修成本。

2.4 采用套管式火嘴

煤氣火嘴采用套管式，即內管為煤氣、外管為空氣，這樣煤氣與空氣進入爐膛時已初步混合，可以迅速燃燒。 并且在火嘴上方單獨設置了空氣嘴，根據鍋爐負荷調節空氣嘴的開度，特別在負荷較高時，大量煤氣進入爐膛，可以保證煤氣與空氣有良好的接觸和充分的化合時間[4]。

2.5 加強燃燒調整

（1）鍋爐點火時，用熱值較高的焦爐煤氣進行點火，待燃燒穩定后逐漸投入高、轉爐混合煤氣。 在鍋爐負荷較小時，以燃燒焦煤為主，起到穩燃作用。

（2）在煤氣壓力出現波動時，及時調整煤氣開度和風量開度。 根據蒸汽母管壓力或汽輪機等用戶需要，主動調整鍋爐負荷。 確保蒸汽壓力、溫度及爐膛負壓在正常范圍內，火焰中心適當，火焰在爐膛內充滿度好。

3 技術改造與燃燒調整后效果分析

為了數據對比清晰可靠，將兩臺鍋爐2019 年4月～10 月和2020 年4 月～10 月改造前后的蒸汽產量、煤氣消耗量列于表1、表2。根據表1、表2 數據，將兩臺鍋爐2019 年4 月～10 月和2020 年4 月～10月的改造前后總蒸汽產量、總運行時間、總煤氣消耗量和總運行時間匯總于表3。

表1 2019 年4 月～10 月改造前每月蒸汽產量與煤氣消耗量

表2 2020 年4 月～10 月改造后每月蒸汽產量與煤氣消耗量

表3 改造前后兩臺鍋爐蒸汽總產量、煤氣總耗量和總運行時間

3.1 鍋爐燃燒狀況明顯改善

（1）改為直流煙道后，煙氣阻力大大降低，爐膛負壓可以維持在-30 Pa 至-70 Pa 之間，解決了引風機出力不足的問題。

（2）采取拆除衛燃帶、煤氣預混、合理設置火嘴和燃燒調整等措施后，鍋爐負荷有了較大提升，負荷率提高，排煙溫度降低了30 ℃左右。由表3 可知，改造后2020 年4 月～10 月與改造前2019 年4 月～10 月相比較:

3.2 噸蒸汽標煤消耗減少

經計算，煤氣折標煤消耗量、噸蒸汽標煤消耗量列于表4。由表4 可以看出，改造后2020 年4 月～10 月與改造前2019 年4 月～10 月相比較，經濟效果顯著：

表4 改造前后兩臺鍋爐煤氣折標煤耗量和噸蒸汽標煤耗量

（1）噸蒸汽標煤耗量明顯減少，每噸蒸汽節約126.90-117.84=9.06 kg 標煤；

（2）2020 年4 月～10 月共節約標煤368496 t×9.06 kg/t =3338573.76 kg=3338.57 t。

（3）標煤按450 元/t 計，2020 年4 月～10 月創效3338.57 t×450 元/t=150.24 萬元，

4 結語

天鐵動力廠原兩臺75 t/h 鍋爐以燃煤為主、焦爐煤氣為輔的混合燃燒鍋爐，改為高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣混合燃燒后，表現出煙氣阻力大導致引風機吸力不足、火焰中心位置偏高、排煙溫度高、鍋爐負荷率低的問題。 經過對鍋爐近一年來運行中顯現的問題進行分析歸納，確定了問題產生的原因。 經過針對性的技術改造和合理的燃燒調整措施后，解決了上述問題，并且鍋爐運行效率大幅提高，噸蒸汽標煤消耗明顯減少，節約了運行成本。