130t/h全燃氣鍋爐煤氣燃燒器改造與應用

胡澤云

【摘要】文章對4#130t/h鍋爐煤氣燃燒器改造及應用過程進行了詳細論述。通過對鍋爐燃燒器進行設計、改造，解決了轉爐煤氣摻燒過程缺陷，降低了轉爐煤氣燃燒器的中心標高，實現高熱值轉爐煤氣的安全燃用，提高了轉爐煤氣的回收率，有效緩解了冶金行業中以高爐煤氣為主要燃料的工業鍋爐在生產調整過程的局限性，實現了在不改變鍋爐受熱面的前提下，轉爐煤氣高效安全利用。

【關鍵詞】全燃氣鍋爐；燃燒器；摻燒

宣鋼公司目前有四座高爐運行，正常生產情況下，高爐煤氣發生量在3400萬m3/d左右，是公司主要的二次能源。高爐煤氣主要用于高爐的熱風爐、動力鍋爐和燒結機點火器。由于高爐煤氣的使用情況受季節影響：夏季使用量少，冬季各單位用量增加，導致作為煤氣調壓單位的鍋爐機組冬季負荷低，不能保證汽輪發電機的經濟負荷運行，自發電量下降。而與此同時轉爐煤氣使用量較小，造成大量放散、回收率低。

4#130t/h鍋爐為公司建設的第一臺全燃氣鍋爐，設計燃料為高、轉爐煤氣，焦爐煤氣作為穩定燃燒的輔助燃料。其燃燒器設計有五層，其中一至四層為高爐煤氣燃燒器，五層為轉爐煤氣燃燒器，同時在一、二層高爐煤氣燃燒器內部布置有焦爐煤氣噴嘴。鍋爐運行過程中，只需開啟三層高爐煤氣燃燒器即可滿足生產要求，需摻燒轉爐煤氣時開啟五層燃燒器進行調節。但在運行過程中發現該燃燒器設計存在缺陷：由于轉爐煤氣燃燒器位于整個聯合燃燒器的頂端，距離爐膛出口位置近，燃燒轉爐煤氣時，鍋爐爐膛火焰中心高度提高，使布置在爐膛出口位置的高溫段過熱器管排溫度迅速上升，長時間運行會導致爆管，且使得過熱蒸汽溫度上升，調節困難，影響鍋爐的正常運行，從而影響整個后續生產線的順利運行。同時4#鍋爐燃用轉爐煤氣不順利，鍋爐綜合煤氣單耗偏高，經濟性差。鑒于此，借4#鍋爐大修之際，對其轉爐煤氣燃燒器進行重新設計、安裝，從而提高煤氣能源利用率及鍋爐運行經濟性，有效降低設備能源單耗。

1、改造總體思路

本次改造決定對4#鍋爐燃燒器進行重新設計、安裝。將原五層布置的燃燒器改為四層布置，其中一至三層為高爐煤氣燃燒器，四層設計高、轉爐煤氣聯合燃燒器來取代原四層高爐煤氣燃燒器，同時取消原五層轉爐煤氣燃燒器。根據鍋爐負荷及燃燒消耗情況，對各層燃燒器結構、尺寸進行重新確定。如此改造后既有效降低轉爐煤氣燃燒器的中心標高，實現高熱值轉爐煤氣的安全燃用，提高煤氣利用率、降低能耗指標，又實現了四層高、轉爐煤氣的置換使用，更有效的保證了鍋爐的持續穩定運行。

2、技術方案

本次改造設計按照鍋爐受熱面不做改動的前提進行，根據現場實際對燃燒器進行選型、重新設計燃燒器結構及尺寸、對新燃燒器進行安裝調試同時對配套閥門控制系統進行優化，從而實現轉爐煤氣在鍋爐系統的順利摻燒。

2.1燃燒器的選型

由于4#鍋爐已配備送風機，故選用強制鼓風燃燒器，從而減少其他配套設備的改造難度。

在選擇燃燒器噴嘴內部結構時，要充分考慮燃料特性、所需火焰長度等要求。由于高爐煤氣屬于熱值較低的燃料，為保證其著火性能穩定，負荷調節性能良好，同時要求其火焰出口噴射速度高，火焰剛性強，避免出現脫火或回火現象。鑒于以上要求決定選擇帶旋渦裝置的噴嘴。

2.2燃燒器尺寸、布局設計

此次燃燒器的改造難度在于，在保持鍋爐爐膛受熱面不做改動的前提下，既要保證燃料入爐量的充足，又要引入轉爐煤氣燃燒器，同時還要求降低燃燒器的中心標高。根據分析鍋爐運行情況決定設計一層高、轉爐煤氣聯合燃燒器取代原有的四層高爐煤氣燃燒器和五層轉爐煤氣燃燒器，從而既滿足鍋爐所需燃料入爐量要求，又有效降低了轉爐煤氣的中心標高。由于4#鍋爐正常運行時四層高爐煤氣均處于備用狀態，且為防止噴嘴過熱，還需開啟10%熱風閥，存在能源浪費現象，故將該層與轉爐煤氣設計布置在一層聯合燃燒器中對鍋爐正常運行不造成影響，同時有效降低燃燒器中心標高（較改造前降低900mm），實現了轉爐煤氣的安全摻燒。

聯合燃燒器結構：聯合燃燒器布置在燃燒器的最上部，燃燒器燃料流通直徑為273mm，采用套筒式布置。充分考慮高、轉爐煤氣的成分、熱值以及燃燒特性等，轉爐煤氣噴嘴在聯合燃燒器中心位置，高爐煤氣噴嘴在轉爐煤氣噴嘴外側，兩煤氣通道為獨立通道，不發生摻混，高爐煤氣與空氣接觸的截面圓周長增大，能實現更好的預混，同時中心區域產生回流區，很好對高爐煤氣進行加熱，實現在降低空燃比的基礎上，有效提高其燃盡率。

為保證轉爐煤氣與熱空氣的預混度，在套筒外側設計四根熱風導流管直接引入轉爐煤氣燃燒器中心位置，實現在煤氣和空氣預混區的充分混合，又有效保證了轉爐煤氣的空氣量需求。

該燃燒器在煤氣和空氣預混區域均裝有導向葉片，使煤氣和空氣在入爐前產生漩渦，充分混合。

另外為適應現場高、轉爐煤氣現有煤氣管道的固有布局特對聯合燃燒器高、轉爐煤氣噴嘴前連接管道方位、角度進行調整，由原來的兩燃料管道平行接入改為垂直接入。改變角度設計的聯合燃燒器與生產現場實現了更好匹配，有效降低了改造施工難度。

新燃燒器具體布置情況為：四層布置，其中一、二層為高、焦爐煤氣聯合燃燒器，三層為高爐煤氣燃燒器，四層設計高、轉爐煤氣聯合燃燒器來取代原四層高爐煤氣燃燒器。一至三層高爐煤氣燃燒器單個額定燃燒能力為8700Nm3/h，四層轉爐煤氣燃燒器單個額定燃燒能力為3750Nm3/h。

3、實施效果

該項目改造完成后，運行效果良好。通過對4#鍋爐轉爐煤氣燃燒器重新設計、安裝，燃燒系統實施運行優化調整，在滿足生產需求的同時，有效降低了鍋爐綜合煤氣單耗。高爐煤氣單耗較改造前降低了40.5m3/t，鍋爐綜合煤氣單耗較改造前降低了32.24m3/t，降低了鍋爐成本。改造后燃燒工況明顯改善，燃燒穩定，火焰中心降低，排煙溫度降低，，提高了轉爐煤氣的調節能力，提高鍋爐效率。

4、結論

通過對鍋爐燃燒器進行設計、改造，提高了轉爐煤氣的回收率，有效緩解了冶金行業中以高爐煤氣為主要燃料的工業鍋爐在生產調整過程的局限性，實現了在不改變鍋爐受熱面的前提下，轉爐煤氣高效安全利用。既緩解了冬季高爐煤氣供應緊張的現狀，又最大可能地挖掘了設備潛力，為公司節能減排目標的實現提供了保證。