提升转炉煤气在燃气锅炉掺烧量的应用实践

2014-12-06朱先亮

冶金动力 2014年9期

张帅，朱先亮，王辉

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜 271104）

1 前言

莱钢能源动力厂型钢区目前有3台130t/h燃气锅炉，所用燃料为高焦炉混合煤气，根据煤气总体平衡测算，高焦炉煤气处于缺短的局面，经常出现因煤气供应不足而影响发电量提升的问题。与此同时莱钢转炉煤气回收量平均为110m3/t，比国内最高回收量135m3/t钢还有较大差距，为了充分回收利用转炉煤气，需要改造现有的转炉煤气并网方式。公司2013年初将型钢130t/h锅炉掺烧转炉煤气作为改造项目，旨在消耗50%左右的转炉煤气。

2 工艺简介

转炉煤气是钢铁企业内部中等热值的气体燃料。热值在6000～8000k J/m3之间，C O含量gt;50%，热值远高于高炉煤气，可以单独作为工业窑炉的燃料使用，也可和焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气配合成各种不同热值的混合煤气使用。鉴于此种状况我们研究决定将转炉煤气并入锅炉高炉煤气管网作为燃气锅炉的燃料，这样既可以减少重建转炉煤气管网、改造锅炉喷燃器的费用，又可以通过高炉煤气与转炉煤气的协调调整来避免转炉煤气回收不连续、间断使用对系统及锅炉燃烧工况的影响。

3 存在问题及原因分析

在2013年7月将转炉煤气并入高炉煤气管道后，通过控制转炉煤气电动蝶阀开度锅炉开始掺烧转炉煤气后，分别经历1#、2#、3#全部掺烧过程，但转气掺烧量受高气压力波动影响较大，绝大多数时间掺烧量在3000m3/h以下，极个别时间可达到20000m3/h，但持续时间很短，无法实现大量掺烧，不能满足公司的投烧要求。整个7月共对转气蝶阀调节约300余次，每天最高次数达20次，但转气掺烧量随高气压力波动变化明显，多数时间掺烧量位于2000m3/h以下，远低于设计值日平均25000m3/h的标准，无法实现转炉煤气高容量回收，能源浪费严重。

车间通过查阅煤气压力历史趋势得出造成锅炉掺烧量无法满足要求的主要原因是转炉煤气压力相对高炉煤气压力偏低，且转炉煤气与高炉煤气的压力差波动频繁，随压差的不断变化转气掺烧量也大幅波动且无法持续，投烧量无法保证，达不到要求。

4 针对问题采取的调整措施

针对此种情况，通过研讨与论证，车间本着降低高炉煤气压力同时提高转炉煤气压力从而进一步增大转气与高气的压差保证投烧量的方针通过逐步摸索，进行了反复调整采取调整措施如下：

4.1 因2#锅炉焦气可实现远程燃烧控制，选取2#锅炉为试验锅炉。

4.2 在2#锅炉转炉煤气蝶阀开全的基础上，7月21日下午16：00高气D N 2000蝶阀自100%开度按照5%的比例继续压减，压减至60%左右时，高气支管压力未出现明显下降，但转气、高气压差减小，转气掺烧量有所增加，16：35分，转炉煤气掺烧量达到了25000m3/h，但同样的开度下，8m i n之后，16：43分时，转炉煤气掺烧量降为0，仍无法实现转炉煤气大流量稳定掺烧的目标。

4.3 在转炉煤气蝶阀全开的情况下，车间将2#锅炉高气D N 2000总阀均关至40%～35%之间，出现自锅炉掺烧转炉煤气以来最大量27440m3/h，仍然同样的开度，14：32分时，转炉煤气量降为0，此时转气压力8.928k Pa，高气压力9.955k Pa，同样无法实现转炉煤气大流量稳定掺烧的目标。

4.4 车间在2#锅炉转炉煤气蝶阀开全的基础上，高气D N 2000蝶阀自25%开度按照5%的比例继续压减，压减至10%～15%左右时，高气支管压力由10k Pa降至2.8k Pa（此时高气主管压力10.5k Pa左右，继续压减会造成支管压力低于2.5k Pa报警），转炉煤气主管压力降至4.7k Pa左右（转炉站出口压力6.7k Pa），转炉煤气掺烧量上升至3.5万m3/h，且能保持稳定流量；调整过程中，焦气保安量以上燃烧，锅炉负荷115t/h，锅炉各参数稳定，未出现任何波动或异常，达到预期目的。

4.5 运行优化控制措施

随着转炉煤气投烧的大幅增加，在实际运行过程中会产生锅炉负荷突然急剧升高、炉膛出现大正压的情况，锅炉参数出现“拉锯式”变化，严重威胁到锅炉及后续生产的安全运行。因此，我们研究了转炉煤气的燃料特性，从而作出相应的控制措施。

4.5.1 煤气量定量控制

生产1t、3.82M Pa、450℃的蒸汽所需的热量Q为：

式中：D——蒸汽产量，k g；

h1——压力为6.3M Pa，温度为106℃的给水焓值，查表为507.59k J/k g；

h2——蒸汽参数为3.82M Pa、450℃的焓值，查表为3333.47k J/k g。

代人公式（1）得：Q=2825880k J

锅炉的热效率按87%来计算，则：

生产1t蒸汽所需转炉煤气量为：

V=Q/7526/87%=458m3

因此，我们通过对高炉煤气总管阀的开度控制，根据锅炉负荷加减量的要求，对转炉煤气实行定量控制，确保不出现参数大幅波动情况。

4.5.2 风量定量控制

转炉煤气燃烧化学方程式为：

2 C O＋O2＝2 C O2完全燃烧1m3C O需0.5m3氧气

2 H2＋O2＝2 H2O完全燃烧 1m3H2需 0.5m3氧气

结合燃料成分，所以完全燃烧1m3转炉煤气理论氧气量为：

0.504×0.5+0.026×0.5－0.011＝0.254m3

因空气中氧气体积分数为21%，则需空气0.254/0.21＝1.2095m3

考虑过量空气系数，α取1.1（炉膛出口烟气含氧量按2%计算），则燃烧1m3转炉煤气需要的送风量为1.2095×1.1＝1.3306m3（空气），转炉煤气热值为 6686k J/m3。

折合燃用转炉煤气产生每G J热量须消耗空气1.3306×1000/6.686=199 m3（理论须空气量为199/1.1=181m3）。

从煤气成份及燃烧过程计算来看，产生热量主要靠C O，产生相同热量所需风量相差很小，在蒸汽负荷、锅炉效率、送风量不变的情况下，燃料由高炉煤气全转变为转炉煤气后，过量空气系数为218/181=1.2，对应炉膛出口烟气含氧量为3.5%；而实际运行过程中，转炉煤气并网量低于30000m3/h，与高炉煤气燃料比例低于1：2，若在全燃用高炉煤气时控制炉膛出口烟气含氧量2%，则转炉煤气并网波动时，炉膛出口烟气氧量必然在2%～2.75%范围内，因此，在投烧转炉煤气时，锅炉风量不需进行调节就能使燃料完全燃烧，即定风量控制只需对引风机挡板进行调节便可实现稳定燃烧。

5 效果检查

自2#锅炉高气D N 2000蝶阀压减至10%～15%左右时，转炉煤气压力总能保持高于高气压力，在转炉煤气允许掺烧的情况下能实现25000m3/h以上的持续掺烧，8、9、10三个月掺烧量分别达到1500、1530、1420万m3，掺烧转炉煤气总量与有效掺烧时间的比值超过25000m3/h，达到27000m3/h，且锅炉能保持安全稳定燃烧，实现了预期目标。

经济效益计算：锅炉8、9、10月共掺烧转炉煤气44500×103m3；按 1000m3转炉煤气产汽 2t、发电汽耗为42.34t/（万k W·h）、1万k W·h发电效益1000元计算，可创效益Q=44500×103m3×2t/1000m3÷42.34t/（万k W·h）×1000元/（万k W·h）=210.2万元。

按此估算年度效益约为840万元。