燃煤锅炉改燃高炉煤气时燃烧器的选择

2021-04-05 21:50:00

钢铁企业是能源消耗非常大的企业，在钢铁企业的生产过程中,消耗大量的煤炭、燃油和电力等能源的同时,还产生了大量的高炉煤气。但是，高炉煤气中不可燃烧的惰性气体(N2和CO等)约占75%,可燃成分(CO和H2)仅为25%左右,低位发热值极低(3 050～3 470kJ/Nm3),相当于一般发生炉煤气的60%、转炉煤气的44%、焦炉煤气的17%、天然气的9%、液化石油气的3%。由于热值低、可燃范围窄、燃烧温度低，且压力和燃烧不稳定,火焰易产生脉动和脱火,长期以来,对高炉煤气的利用处于“食之无味弃之可惜”的尴尬境地。我国早期的高炉煤气除了在高炉热风炉作燃料,绝大部分白白地烧掉了,煤气放散率达40%～60%。全国主要钢铁企业放散率在10%以上,每年的能耗损失达数十亿元。80年代以后,人们对高炉煤气有了新的认识,如开始将高炉煤气用于与煤、焦炉煤气混烧生产蒸汽,与焦炉煤气和转炉煤气混合用于轧钢加热炉作燃料等,虽然大部分高炉煤气得到了利用,但并未能取得突破性进展。混烧,高炉煤气会与固体煤粉和分子链较长的焦炉煤气争氧,使煤粉不能很好地燃尽,焦炉煤气直到炉顶或烟道口还在燃烧，这种燃烧方式要消耗优质燃料成本较高,同时还造成了能源的变相浪费。而且,随着炼铁高炉的大型化和近几年国内炼铁形势发展,高炉煤气的产生量成倍增加,小型掺烧高炉煤气燃烧器定制在容量和能源利用等方面已远不能适应国内钢铁工业的发展形势。近年来，同时国内开始自主开发并引进国外全烧高炉煤气发电技术,如首钢的全烧高炉煤气50MW发电机组于1993年建设、1996年底建成投产；宝钢145MW全烧高炉煤气发电机组于1997年11月底建成投产(当时是世界上规模最大和最先进的高炉煤气发电技术)；同时由于国家对于节能减排技术的大力支持，而且对于污染物的排放标准制定更为严格，所以有多家钢铁企业进行了燃煤燃烧器定制改烧高炉煤气的改造，如：包钢热电厂4号燃烧器定制改烧高炉煤气、湘钢热电厂75t/h煤粉燃烧器定制改烧高炉煤气的改造。至此,高炉煤气的有效、高效利用取得了突破性的进展。在燃煤燃烧器定制改烧高炉煤气的改造过程中，由于燃烧器定制燃料由固体的煤变成了气体的高炉煤气，热值大幅减小，且气体中CO2，N2含量大，不参与产生热量，也不能助燃，反而吸收大量的热量，所以大量的热量转移到烟气中，从而使得燃高炉煤气产生的烟气量远大于燃煤时产生的烟气量；一般气体的层流火焰传播速度约为0.3～0.8m/s,而高炉煤气的火焰传播速度较低,火焰稳定范围狭窄,且其理论燃烧温度低,约1 149℃,点火困难，如果进入燃烧器定制的高炉煤气不能被迅速点燃,将有可能引起燃烧器定制爆炸,非常危险。因此，在改造过程中，一方面为了保证燃烧器定制的出力，另一方面保证燃烧的稳定。除炉膛、受热面改造的计算及选择之外，燃烧器定制的选择与改造也是一个很重要的部分。而我国目前常用的燃烧器定制改造技术有以下几种：1 采用带预燃烧室的钝体燃烧器定制高炉煤气燃烧器定制改用带预燃室的开缝钝体燃烧器定制,以使低热值的高炉煤气快速稳定着火、高效燃烧，煤气燃烧器定制采用了比原设计假想切圆大得多的切圆布置。大切圆布置可进一步强化烟气对水冷壁管的直接冲刷,增加水冷壁的对流吸热量。采用这种方式有湘钢热电厂改造的75t/h燃烧器定制。2 采用绝热式炉膛，配合旋流燃烧器定制前后墙布本技术采用无锡燃烧器定制厂首创的全国最大型绝热室炉膛,旋流式燃烧器定制前后墙布置。在改造的过程中为保证高炉煤气能够稳定燃烧，在原冷灰斗的位置增加了蓄热稳燃室（采用耐火材料，不铺设水冷壁），减少了原炉膛的蒸发受热面。同时为了使每个燃烧器定制的高炉煤气压力一致，在条件具备的基础上，在燃烧器定制上加装自动调节阀或在煤气管道上加装调节阀。采用这种方式有包钢热电厂改造的130t/h中温中压燃烧器定制［2］。3 炉膛稳燃柱技术这种改造技术通过把原燃烧器定制的冷灰斗去掉，水冷壁拉直的方法大大增加了炉膛受热面积。为使高炉煤气在炉膛内能够稳定燃烧，在炉膛中央砌一座类似烟囱形状，高铝耐火砖材料构成的稳燃柱，燃烧器定制布置为四角切圆燃烧，并用耐火材料在水冷壁上敷上卫燃带。在点火时要慢慢地吸热，使稳燃柱温度升高。要求在运行时，其温度达到1 000℃以上。稳燃柱的存在提高了燃烧器定制区域的温度场的水平，使煤气燃烧速度更快、更完全，在较小的区域内放出的热量更多，温度也进一步升高，直到平衡在高温度场下。同时水冷壁吸收的热量更多，火焰的假想切圆与蓄热稳燃装置相切，没燃尽的煤气掠过稳燃装置外表面，高温进一步加热了煤气使之燃烧干净。另外大切圆燃烧增加了水冷壁的吸热量。采用这种方式有包钢改造的220t/h高温高压燃烧器定制［3］。?4 无焰燃烧器定制为了进一步缩小燃烧设备的体积和增大炉膛的容积热负荷，同时考虑操作方便及燃烧器定制数目不能过多这两个因素，开发了预混型无焰燃烧器定制，就是在一般的预混可燃气流的预混型燃烧器定制的出口处加装一段容积热负荷很大的多孔耐火填料层。预混气体在填料层的孔隙中穿过时，被分成很多股并发生燃烧，使得耐火材料保持高温，而能可靠的将预混气体快速点着，用这种燃烧器定制是时，在填料层外基本上看不到火焰，或只能看到不长的火苗，因此成为“无焰燃烧器定制”采用此种燃烧器定制可以使得燃烧高炉煤气时的火焰长度缩短，同时可以在预混管的出口处加装冷却水套，使得钢管的温度保持在较低的值，同时可以减少回火的发生。由此可以看出，在进行燃煤燃烧器定制改烧高炉煤气的改造过程中，燃烧器定制的选择可以是多种多样的。而在实际中具体采用哪一种方式，要考虑包括燃烧器定制与受热面的配合，原有炉型的限制等诸多因素后，并对燃烧器定制及改造后的炉型进行热力校核计算后再作出选择，有条件的通过数值模拟计算对改造后的流场进行分析，对改造设计更有帮助。