纯燃高炉煤气锅炉热值对运行的影响

精选优质文档-倾情为你奉上纯燃高炉煤气锅炉热值变化对运行的影响秦小东朱宇翔摘要：本文通过对高炉煤气特性的分析，以及三台高温高压锅炉受热面比较，得出高炉煤气热值变化对锅炉运行的影响。关键字：纯燃高炉煤气锅炉 吸热特点 运行Effect of Heating Value Changing in Pure Burning BFG BoilerQin Xiao-dong , Zhu Yu-xiangAbstract: As per analysis of BFG (blaster furnace gas) characteristic property, as well as three boilers comparison, obtain heating value changing effect the boiler operation. Key words: Pure firing BFG boiler; Characters of absorbing heat; Operation. 0.前言高炉煤气是冶金行业在高炉炼铁过程中的一种副产品，高炉煤气作为一种动力燃料具有热值低，不易着火，燃烧不稳定的缺点而且气源不稳定。相对于燃煤锅炉，燃气锅炉的研究与设计要薄弱得多，特别由于高炉煤气作为锅炉的完全燃料，使锅炉的结构和运行都具有其特有的特性。本文以三台高温高压锅炉受热面数据比较（一台燃煤，两台燃高炉煤气），上海威钢能源公司的一台220T/H的纯然高炉煤气的为例，介绍了全然高炉煤气高温高压锅炉的特点，并着重阐述分析燃料热值下降对锅炉运行的影响。1.高炉煤气的特性1.1高炉煤气的成分及发热量 高炉煤气其主要可燃成分是CO和少量的H2，其余为惰性气体N2和CO2,与其它动力燃料相比它是一种低热值燃料。表1为上海威钢利用的高炉煤气具体成分指标。表1 高炉煤气各成分的体积分数 %燃料成分COCO2H2N2含尘量含水量变化范围21-2519-251-450-57 50mg/ m3 10g/ m3根据CO及H2的低位发热量可计算出高炉煤气的低位发热量，见表2。表2 CO、 H2低位发热量及高炉煤气的低位发热量COH2高炉煤气低位发热量kJ/ Nm312644107942763-3592一般说来，理论燃烧温度随着燃气低位发热量的增大而增大。高炉煤气的理论燃烧温度比高发热量的燃料低得多，各种燃料的理论燃烧温度见下表3表3 各种燃料理论燃烧温度对比燃料类别烟煤燃油天然气高炉煤气理论燃烧温度1900-21002000-22001800-20001100-1300 通过上表，可发现高炉煤气的理论燃烧温度较其它燃料相比要低很多，即使将其预热至180其理论燃烧温度也仅有1300，而火焰的热辐射力又与其绝对燃烧温度的四次方成正比，因而，燃用高炉煤气所产生的火焰辐射力较低，同时燃用高炉煤气时与燃用煤和油时不同，烟气中不含有碳黑和灰粒，仅依靠烟气中的三原子气体传递辐射热，因而高炉煤气燃烧后所产生的烟气自身的辐射力弱，与燃用烟煤的锅炉相比全燃高炉煤气的锅炉的传热能力下降60。1.2 高炉煤气燃烧烟气量 纯烧高炉煤气锅炉烟气量大，下表4为产生1MJ燃烧热燃料燃烧烟气量。表4 产生1MJ燃烧热各种燃料燃烧产生烟气量对比燃料热值产生烟气量COAL25080KJ/Kg0.34 M3COAL20900 KJ/Kg0.37 M3COG16720 KJ/ M30.3 M3BFG3380 KJ/ M0.48 M3从上表可以看出，相同热负荷情况下，高炉煤气燃烧所产生的烟气量比其它燃料燃烧所产生的烟气量多30-60。燃用高炉煤气产生的烟气量多，因而烟气的流速加快，对流换热量正比与烟气流速的0.8幂，对流加热面的换热强度势必加强，易引起对流过热器超温同时排烟损失也较大。1. 高炉煤气不稳定性由于高炉煤气是高炉炼铁过程中的一种副产品，其主要参数热值及压力受制于高炉运行工况。当高炉工况发生变化时会引起高炉煤气热值、压力大幅变化，在笔者从事的七年高炉煤气锅炉运行生涯中，这种高炉煤气热值、压力大幅变化时有发生，热值最大波动幅度超过多，这一点与燃煤锅炉有着很大区别。2. 锅炉受热面及吸热比较2.1 220T/H威钢、首钢高压纯燃高炉煤气锅炉与燃烟煤锅炉受热面对比(比较数据来自文献1)。以下表格中以（高炉煤气*）表示威钢锅炉数据。2.1.1炉膛 表6为炉膛热力计算数据。高炉煤气理论燃烧温度比烟煤低600左右，火焰黑度约比烟煤弱45%，使得炉膛辐射换热量大大减少，比烟煤降低了31.6-39.3%。而炉膛辐射受热面需增加15.9-23.6%，同时炉膛出口温度下降34.4-46。表6 炉膛计算数据燃料种类辐射受热面积m2理论燃烧温度炉膛出口温度吸热量MW烟煤756.91995102795.2高炉煤气877.4134798157.8高炉煤气*9361418992.665.12.1.2 过热器 一般的说，过热器的汽温特性主要受到受热面布置的影响。对于NG-220/9.8-Q1锅炉在炉膛出口处布置有半辐射式受热面屏式过热器，吸收炉膛辐射热，其余为对流过热器。计算表明：高炉煤气锅炉辐射过热器吸热量只占总过热吸热量的5%，其汽温特性基本接近纯对流式过热器的汽温特性。表7为高温和低温过热器的计算结果。表7 高温和低温过热器的计算数据燃料种类受热面积m2烟气流速m/s吸热量MW高过低过高过低过高过低过烟煤9728708.78.721.0113.92高炉煤气66451513.114.418.2714.79高炉煤气*659.8661.813.915.515.8015.13 以对流过热器为主的过热器系统，吸热量主要取决于传热温压和传热系数。而高炉煤气含有大量惰性气体，燃烧产物的容积流量较大，对于50MW高压锅炉，燃用高炉煤气时烟气容积流量比燃用烟煤大50%多，相应的烟气流速也提高50%多，传热系数因此也大大提高。基于以上分析，高炉煤气锅炉对流过热器面积比烟煤锅炉减小28-34%。2.1.3 省煤器 燃煤高压锅炉炉膛蒸发受热面吸热量占工质从水到饱和蒸汽总吸热量的88%，而高炉煤气锅炉只能完成55.6-60%，其余必须有省煤器来完成。为此，高炉煤气锅炉省煤器沸腾度达到25%。计算表明对于50MW高压锅炉，省煤器吸热量比燃用烟煤锅炉增加2.3-2.6倍，受热面积是燃用烟煤锅炉的1.55-2.02倍。表8为省煤器的比较数据。表8 省煤器技术数据燃料种类受热面积m2烟气流速m/s传热系数kw m2/吸热量MW烟煤18908.060.05112.8高炉煤气381912.40.08646.2高炉煤气*2934.613.30.06842.682.2 纯燃高炉煤气与燃煤锅炉的三种受热面面积比较220T/H高压纯燃高炉煤气锅炉与燃煤锅炉的炉膛、过热器及省煤器的数据比较见表9，表9 炉膛、过热器及省煤器的面积数据比较炉膛面积m2过热器面积m2省煤器面积m2烟煤756.918421890高炉煤气877.411793819高炉煤气*9361321.62934.63.燃料热值变化对锅炉运行的影响3.1 燃料热值变化对燃煤锅炉运行的影响当燃煤锅炉燃料热值变化时,为保证额定蒸发量会相应改变输入燃料量,根据燃烧反应方程式,其产生的烟气量没有太大变化(除水分变化外),故对锅炉炉膛后的对流受热面来说吸热量不会有明显的变化,只要燃料的热值满足稳定燃烧的要求,锅炉各受热面吸热在额定负荷下基本保持不变。32燃料热值变化对燃高炉煤气锅炉运行的影响燃高炉煤气锅炉本来烟气量就远大于燃煤炉，当高炉煤气热值降低时，为保证额定蒸发量增加燃气量，会导致烟气量增加，对炉膛后各对流受热面吸热产生很大影响，尤其对过热器来说，可能会引起过热器超温甚至爆管。下面就威钢与首钢锅炉作一下对比。（1）炉膛吸热量Q 炉膛受热面主要接受火焰的辐射热，其传热量可根据热平衡方程式来表示Q=Vg（QL-I”）其中：为保热系数； Vg为高炉煤气的用量；QL为炉膛有效放热量；I”为炉膛出口烟气焓。（2）省煤器吸热量QSQS= KS Ft（3） 建立给水加热及蒸发总吸热数学模型：条件1. 在额定工况下，锅炉的炉膛出口烟温看作常数，；2.忽略省煤器的传热温压的变化；Vg（QL-I”）+ KS Ft=C（常数）当热值下降时，高炉煤气Vg增加，相应锅炉烟气量也增加，这样两台锅炉省煤器传热系数KS 亦同步增加，而由于威钢锅炉的省煤器面积比首钢少23%，这样一来使得威钢锅炉省煤器吸热量小于首钢，从而使得在同样的热值降幅下，威钢增加的煤气量要多于首钢，烟气量亦作同步增加，会使对流受热面传热系数加大，同时威钢锅炉过热器面积大也加大了过热器超温的倾向。另外，当热值下降同样幅度时，威钢锅炉效率下降幅度也会大于首钢锅炉。4.结论鉴于以上分析，我们可以知道：1、当燃料热值下降时（满足稳燃），燃煤锅炉的运行所受影响最小；2、燃高炉煤气锅炉对流受热面尤其过热器安全性（超温）受到考验，同时锅炉效率下降；3、威钢锅炉在实际运行中，由于热值偏离设计值（低），过热器检查存在超温现象，与首钢同类型锅炉比较后，发现受热面存在优化的可能性。参考文献：1 庄正宁，曹子栋，唐桂华，沈月芬. 50MW高压锅炉全燃高炉煤气的研究J.热能动力工程.2001.5.2 杭州锅炉厂.热力计算汇总表.98397JS13 刘景生 王子兵. 全燃高炉煤气锅炉的优化设计.河北理工学院学报.2000.54 黄毅新 赵剑云.220T/H高温、高压、纯燃高炉煤气锅炉设计.动力工程.1996.105 同济大学 重庆建筑大学等编. 燃气燃烧与应用M北京：中国建筑工业出版社.2000.作者：秦小东电话：、地址：上海共富三村64号601室邮编：专心-专注-专业