燃气锅炉出力不足的原因分析及处理

姬抱平，赵立勇，付天增

(河北钢铁集团邯钢公司能源中心，河北邯郸056015)

燃气锅炉出力不足的原因分析及处理

姬抱平，赵立勇，付天增

(河北钢铁集团邯钢公司能源中心，河北邯郸056015)

送风机设计余量偏小是造成锅炉出力不足的重要原因，设计过程中应该适当放宽风机的余量，以减少不必要的改造费用；燃气燃烧器旋流叶片损坏是造成燃烧工况恶化的重要原因之一，提高设备检修维护力度，及时安排检修和更换损坏的燃烧器，可以促进燃烧工况的稳定和燃烧效率的提高。

锅炉；出力；送风机；燃烧器；处理

1 前言

钢铁工业是我国能源消耗大户，其能耗约占全国总能耗的13%耀14%[1]。目前，我国钢铁工业的能源效率明显提高，其主要原因在于落后产能设备不断淘汰、新工艺新技术不断更新升级以及各种新型节能技术不断应用于钢铁工业生产。高炉煤气综合利用技术是钢铁企业节能技术的重要技术。高炉煤气是高炉炼铁过程中的主要副产品之一，在能源紧张和环境恶化的双重压力下，全国各钢铁企业都在不断改进生产工艺，充分利用企业生产中副产煤气进行降本和创效。做好高炉煤气资源化利用工作，对优化利用企业煤气资源、降低吨钢能耗、减少二氧化碳排放都具有十分重要的意义[2]。

邯钢1#60 MW发电机组是利用高炉煤气实现节能减排、绿色生产的重点节能项目，其燃气锅炉设计额定出力为260 t/h，配套一台60 MW抽汽凝汽式汽轮发电机组，年可发电量4.4亿kWh，在为企业创效的同时每年可减少高炉煤气放散量20.8亿m3，节能环保效℃显著。在锅炉运行过程中，先后两次出现锅炉出力不足的问题，对机组充分利用高炉煤气造成影响。本文重点对这两起问题进行分析，以期望能对其他燃气锅炉的高效稳定运行有所帮助。

2 问题概述

2.1 高炉煤气发电技术原理与工艺

厂区煤气管网送过来的高炉煤气通过布置在锅炉四角的燃烧器送入炉膛进行燃烧，释放出的热量将锅炉给水加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽经过布置在炉膛顶部和水平烟道的过热器吸热后变成过热蒸汽，过热蒸汽通过蒸汽管道及相应阀门送往汽轮机膨胀做功，并带动发电机进行发电。为了满足厂区生产用低压蒸汽的需要，汽轮机设计有抽汽系统，同时锅炉设计有减温减压系统。在汽轮机运行时可以通过抽汽系统将在汽轮机内做过一部分功的蒸汽抽出至分汽包，然后送往其他蒸汽用户。在汽轮机停机状态下，工艺上也可通过减温减压系统外送蒸汽，以满足厂区生产用汽需求。

2.2 运行初期第一次出现出力不足的问题

该燃气锅炉发电机组于2010年1月建成投产。在运行初期，第一次出现锅炉出力不足的问题，主要表现为：在高炉煤气充足的条件下，锅炉的最高出力只能达到230 t/h，便无法再产生更多的蒸汽用于发电，根本无法达到260 t/h的设计值。经检查，煤气管道及燃烧器内部并不存在堵塞现象。操作人员也都经过培训持证上岗，调整中未发现调整不及时和调整幅度大的情况，操作原因可以排除。在煤气充足的情况下煤气压力也比较平稳，基本维持在8耀11 kPa，完全满足设计要求，不存在煤气压力低的问题。

2.3 运行后期第二次出现出力不足的问题

在锅炉运行三年时间后，锅炉第二次出现出力下降的问题，主要表现为：炉内燃烧工况恶化，煤气燃烧不充分，火焰加长，火焰燃烧稳定性变差，锅炉出力降低。经化验人员测定，高炉煤气成分和热值并未发生大的变化，排除了高炉煤气品质变差的因素。在燃烧调整操作方面，基本上一直是按照运行规程的规定进行操作，而且经过三年的实践证明，操作规程中规定的煤气量和配风量比例上并没有不当之处，近期也没有对操作规程进行过煤气量和配风比值的内容修改，可以排除操作程序不不合理的因素。

3 原因分析

引起燃气锅炉出力不足的原因有许多，主要包括：引风机出力不足、送风机出力不足、燃烧器堵塞、燃烧器损坏、操作调整不及时或幅度大、配风量过大或煤气过剩、高炉煤气压力低和高炉煤气品质差等等[3]，这些因素都会影响到锅炉的出力。

3.1 第一次出力不足的原因分析

通过检查分析运行趋势和运行参数的对比，发现在锅炉大负荷运行时，锅炉炉膛负压正常，可以排除引风机出力不足因素。高负荷时，两台送风机的调节挡板已经开到100%的情况下，仍然无法满足锅炉燃烧所需空气量的要求，锅炉炉膛出口的烟气含氧量降低接近于技术要求的下限，为了保证煤气燃烧效率，避免出现煤气过剩，不能再投入更多的高炉煤气。

这种情况下，如果盲目增加燃料量，必然造成高炉煤气不完全燃烧，影响锅炉的燃烧效率及安全运行。一旦出现煤气过剩极易发生锅炉尾部烟道放炮事故，将造成设备损坏，甚至人员伤亡的严重后果。分析认为，锅炉出力不足的根本原因是由于设计送风机送风余量不足，锅炉出力不足系实际送风量偏小所致。

3.2 第二次出力不足的原因分析

由于第二次出力不足首先表现在炉内燃烧工况的恶化方面，因此重点对燃烧系统进行原因查找和分析。安排锅炉停炉后，通过人孔门从炉膛内部对燃烧器进行检查，发现燃烧器损坏较严重，尤其下层燃烧器的煤气旋流叶片和热风旋流叶片均出现了较大的烧损甚至脱落。损坏最严重的燃烧器内侧煤气旋流叶片脱落面积多达50%以上，而外侧的热风旋流叶片损坏面积也接近40%。

分析认为，高炉煤气发热值极低，理论燃烧温度也低，火焰辐射和燃烧的自稳能力弱。为了保证高炉煤气燃烧的稳定性，一般对燃烧器都进行特殊设计。该锅炉的燃烧器即采用了旋流叶片的结构，即通过在燃烧器内布置一定数量的旋流叶片，以增强高炉煤气与空气的混合效率，提高燃烧稳定性。但这种结构较为复杂，且旋流叶片一旦损坏，必然导致高炉煤气和空气的混合不充分，致使高炉煤气的燃烧效率下降。旋流叶片出现较大损坏以后，高炉煤气在燃烧器出口处沿轴向速度增大，旋流作用减弱，高炉煤气和空气的混合不充分，是导致高炉煤气燃烧不充分、火焰稳定性差的主要原因。

4 问题改善及处理效果

4.1 送风机出力不足改造及效果

经过研究，确定了两种解决方案：一是更换新型号的送风机，将现有送风机拆除，更换为额定功率更大的风机；二是针对原有电机还有一定余量的情况，改造原有的送风机，对原有送风机的结构进行适当改造，以满足增大送风量的要求。

若采用第一种方案，则需要更换风机型号，相对应的轴承箱、蜗壳、出口风箱、电动机也需要改动，甚至风机基础也需要重新设计制作，不仅费用较高，而且工作量大，改造周期长。为了尽可能减少改造施工周期和改造费用，风机改造应尽量避免对风机进行整机更换，尤其避免风机型号的改变[4]。风机流量、风压、功率与叶轮直径的关系满足切割定律，即：风机流量与叶轮直径成正比。可见，增加叶轮直径可以实现流量、风压和功率的同时增加[5]。

为了保证风机效率不致降低太多，风机功率不致增加太多，尽量避免机壳改造，降低改造工作量，将叶轮直径的增大量控制在5%叶轮直径范围之内。因此，决定将叶轮直径增加50 mm，即叶轮直径由原来的渍1350mm增大至渍1400mm。利用高炉休风的机会，安排了该燃气锅炉的停炉检修，对送风机进行了改造，机壳维持原尺寸不变。

通过改造，送风机的轴功率由原实际运行的180 kW增大到250 kW，原电机的设计能力完全满足风机改造后的出力要求，无须更换原电机。送风量由改造前的119000 m3/h增加至168300 m3/h，送风量增加了49300 m3/h。在煤气量充足的情况下，锅炉负荷最高可达280 t/h，达到了预期目标。

4.2 燃烧器旋流叶片损坏处理及效果

燃烧器旋流叶片损坏的解决方案：一是对旋流叶片进行修复，这种处理方法需要使用原材质的钢材制作叶片，工作量较小，但检修安装精度低，不容易恢复到原设计工况；二是整体更换联合燃烧器，这种方法工作量和费用都较高，但容易达到原设计工况，保证锅炉安全稳定运行。根据实际生产运行情况，由于马上要安排锅炉设备大修，故决定对燃烧器进行整体更换。

2013年9月份锅炉大修期间，对该锅炉的12台高炉煤气联合燃烧器进行了整体更换。新旧燃烧器的旋流叶片情况如图1所示。

图1 新旧燃烧器旋流叶片对比照片

2013年11月27日大修完毕后，先后点焦炉、高炉煤气进行烘炉燃烧，炉膛火焰正常，燃烧稳定，锅炉的燃烧工况恢复正常。

5 结论及建议

锅炉出力不足的原因很多，深入全面的分析其产生的根本原因，采取正确的改进措施，可以实现生产经济效℃的最大化。本文针对不同原因引起的锅炉出力不足问题进行了分析，处理后实际运行效果良好。建议在锅炉设备在设计制造和运行维护过程中注意以下两点问题：

1）设计过程中适当放宽送风机的设计余量，以减少不必要的改造费用和影响生产的费用。

2）运行过程中应及时检查发现燃烧器的缺陷，适当安排检修和更换损坏的燃烧器，以促进燃烧工况的稳定和保证燃烧效率的提高。

[1]中国金属学会,中国钢铁工业协会.2011耀2020年中国钢铁工业科学与技术发展指南[M].冶金工业出版社：曹胜利，2012:142-148.

[2]张琦，蔡九菊，王建军等.钢铁厂煤气资源的回收与利用[J].钢铁，2009(12)：95-99.

[3]王宏章.燃气锅炉出力不足的原因分析及解决措施[J].装备制造技术，2011(3)：151-152.

[4]刘家钰.风机改造中常见问题的解决措施[J].热力发电，2012(6)：38-40.

[5]段焱森.送风机出力不足原因分析及改进[J].湖南电力，1999(6)：17-18.

Analysis and Treatment of Insufficient Output of a BFG Boiler

Ji Baoping,Zhao Liyong,Fu Tianzeng
(The Energy Center of Handan Steel,Hebei Iron and Steel Group,Handan,Hebei 056015,China)

Too low design margin of the blower was an important reason for insufficient output of the boiler,so fan design margin should be reasonably increased in design to reduce unnecessary modifying cost.Damage of burner impeller was one of the important causes of combustion condition deterioration,so enhancing equipment repair and maintenance and timely replacing damaged burners can improve combustion stability and combustion efficiency.

boiler;output;blower;burner;treatment

TK229

B

1006-6764（2014）11-0038-03

2014-06-26

姬抱平（1982-），男，2006年毕业于河北理工大学热能与动力工程专业，大学本科，工程师，现从事热力发电专业技术工作。