煤气锅炉稳燃堆的研究与应用

摘 要：分析煤气锅炉燃烧火焰不稳定因素及存在的危害，研究应用稳燃堆技术，有效提高煤气锅炉燃烧稳定性、安全性及燃烧效率。

关键词：煤气锅炉 稳燃堆 燃烧

中图分类号：TU996.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098x（2013）04（c）-0080-01

济钢110t、220t纯烧煤气锅炉属于CCPP项目的配套工程，与原有的CCPP项目构成一个整体，锅炉燃料来源于济钢炼铁、焦化工序富余的高炉煤气和焦炉煤气，锅炉燃烧以高炉煤气为主，同时适应燃用70%高炉煤气掺烧30%的焦炉煤气的工况。经过净化处理后的高、焦炉煤气经由管道送至锅炉燃烧器前，在燃烧器前的管道中混合后送入锅炉的燃烧器，在炉膛内与空气混合燃烧，生产出高温高压蒸汽、进入CCPP项目的汽轮机，带动发电机做工发电；烟气经换热降温后通过引风机从烟囱排出。

目前，国内煤气锅炉稳然系统大多采用底火来保证的正常的生产需要，但因生产模式的不同，地域的不同，各煤气锅炉采用的地火燃料也不同，在济钢内部因生产条件的限制在锅炉点火及运行过程中的底火均采用焦炉煤气。高炉煤气中因前续系统中的各类净化装置中大多采用水洗，高炉煤气种含有大量饱和水，同时焦炉煤气含有大量的H2S成分，因此容易造成锅炉的尾部烟道腐蚀。在正常的生产中由于操作人员的差异及生产条件的变化等等因素造成燃料的变化和锅炉符合的变化，易产生异常的情况，严重时产生脱火、灭火甚至炉膛爆炸。

在正常生产中，充分考虑降低成本和延长锅炉使用寿命等因素，主要以燃烧 使用高炉煤气为主，因高炉煤气热值较低，火焰较长，火焰燃烧强度较低，因此火焰稳定较为困难，易造成锅炉的脱火。

1 燃烧系统

煤气燃烧器采用分层布置，可以单独使用任何一层；煤气和热风分别送进燃烧器喷入炉膛，在烧嘴口混合燃烧。燃烧生成的高温烟气通过炉膛水冷壁、过热器、省煤器及空气预热器各受热面放热冷却后排入炉后烟气系统。

系统装有自动点火装置，点火燃料采用焦炉煤气，点火采用二级点火系统，由高能点火器点燃焦炉煤气点火枪，再点燃高炉煤气主燃烧器。底层各主燃烧器配备有高能电子点火枪，点火枪配备有气动或电动推进装置，以便实现程控。炉膛设有火焰全部熄灭后，能自动切断燃料供应。

2 导致燃烧不稳定的因素

因素一：高炉煤气锅炉火焰长，温度低，易造成脱火。

因素二：高炉煤气锅炉炉膛下部温度低，易造成锅炉熄火。因高炉煤气热值低，因此燃烧困难，靠内测火焰的锅炉炉膛底部温度较低不利于燃烧。

因素三：煤气燃烧火焰成放射状，喷射线路较为单一，一旦火焰喷嘴有偏差将造成炉膛火焰偏心，造成火焰不稳定，产生锅炉炉膛温度偏差，不利于均匀燃烧。

因素四：操作失误导致的燃烧不稳定，主要是操作人员在锅炉运行时操作不合理，不按照规章制度操作，工作人员安全意识不足，最终导致灭火等现象的发生。

焦炉煤气底火存在易造成锅炉尾部烟道的腐蚀，同时排烟温度高，锅炉尾部热量利用下降，此因素的存在要求优化锅炉运行，熄灭底火。根据以上问题，如何提高局部空间锅炉炉膛温度，以达到稳定高炉煤气火焰燃烧为主要目的，同时消除焦炉煤气底火为主要技术攻关方向。

3 火焰不稳定存在的风险

如果煤气燃烧器出力过大，火焰就会脱开燃烧器，发生脱火现象；相反出力过小，火焰就会缩回燃烧器内，发生回火现象，使锅炉运行中火焰不稳定熄火；由于高炉煤气热值较低，供气压力波动较大，可能造成熄火。熄火后，由于炉膛呈炽热状态，达到或超过可燃气体的着火温度，如果可燃气体不能有效切断，在炉膛内形成可燃气体与空气的混合物，就有可能立即发生爆炸。

炉膛爆炸是由于可燃气体漏入并与空气混合形成爆炸性混合物处于爆炸极限范围时一接触到适当的点火源就会发生爆炸的事故。伴随着化学变化，炉内气体压力瞬时剧增，所产生的爆炸力超过结构强度而造成向外爆炸，由于在极短时间内大量能量在有限体积内积聚，造成锅炉炉膛处于非常的高压或高温状态，使周围介质发生震动或邻近的物质遭到破坏。

4 技术特点

4.1 稳燃堆的构造

在煤气锅炉底部炉膛中心位置，采用复合混凝耐火砖，堆砌单层环形结构，内部为中空。并在堆砌过程中采用异性耐火砖，在环形稳燃堆外部形成扰流区。在炉膛底部形成局部高温区域，稳燃效果良好。焦炉煤气底火完全消除，减少烟道腐蚀，同时锅炉尾部烟气利用空间加大，为烟气充分利用创造条件。

4.2 燃料的品质

高炉煤气成分包括：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%，供气压力为8-10KPa。焦炉煤气成分包括：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%，供气压力为5～8 kPa。

高炉煤气和焦炉煤气由于成分不同，其物理化学性质也不同。高炉煤气密度为1.29～1.33 kg/m3，引燃温度为700～800 ℃，爆炸极限范围为46～68%，热值为3336 kJ/Nm3。焦炉煤气密度为0.45～0.47 kg/m3，引燃温度为550～650 ℃，爆炸极限范围为4.5～35.8%，热值为17097 kJ/Nm3。

4.3 工作原理

锅炉到达一定负荷后，火焰对稳燃堆直接辐射加热，并且烧红稳燃堆，在锅炉负荷超过30%时，形成锅炉底部中间区域局部稳定区域，并在锅炉某支管突发性灭火情况下，可继续投用该支路，稳燃堆可及时引燃煤气，避免炉膛内形成混合气体，因稳燃堆在火焰位置，且温度较高（超过1000 ℃），能够直接达到点燃高炉煤气的温度，因此直接避免火焰脱火、熄火问题。

5 实施效果

煤气的燃烧速度随着温度的升高而大大升高，在燃烧区域内形成高温，通过稳燃堆的蓄热，在燃烧区域形成一个稳定的高温区域（超过1000 ℃），运行时它的存在提高了燃烧器区域的温度场温度，加快了煤气燃烧速度，使燃烧更完全、更稳定。

在稳燃堆投用后未产生脱火、熄火现象，并且炉膛中部形成稳燃圈，便于监控炉膛内部燃烧。同时锅炉炉膛温度偏差较小，水冷壁循环水系温度偏差较小，并直接避免锅炉尾部二次燃烧或爆炸。经过实际运行，证明该项目实施效果良好，达到了技术要求。并提高了高炉煤气的利用，减少了焦炉煤气需求。

参考文献

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[2] 王应应.燃气锅炉燃烧系统预测控制[J].控制工程，2007（S1）.

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