130t/h全燃气锅炉煤气燃烧器改造与应用

胡泽云

【摘要】文章对4#130t/h锅炉煤气燃烧器改造及应用过程进行了详细论述。通过对锅炉燃烧器进行设计、改造，解决了转炉煤气掺烧过程缺陷，降低了转炉煤气燃烧器的中心标高，实现高热值转炉煤气的安全燃用，提高了转炉煤气的回收率，有效缓解了冶金行业中以高炉煤气为主要燃料的工业锅炉在生产调整过程的局限性，实现了在不改变锅炉受热面的前提下，转炉煤气高效安全利用。

【关键词】全燃气锅炉；燃烧器；掺烧

宣鋼公司目前有四座高炉运行，正常生产情况下，高炉煤气发生量在3400万m3/d左右，是公司主要的二次能源。高炉煤气主要用于高炉的热风炉、动力锅炉和烧结机点火器。由于高炉煤气的使用情况受季节影响：夏季使用量少，冬季各单位用量增加，导致作为煤气调压单位的锅炉机组冬季负荷低，不能保证汽轮发电机的经济负荷运行，自发电量下降。而与此同时转炉煤气使用量较小，造成大量放散、回收率低。

4#130t/h锅炉为公司建设的第一台全燃气锅炉，设计燃料为高、转炉煤气，焦炉煤气作为稳定燃烧的辅助燃料。其燃烧器设计有五层，其中一至四层为高炉煤气燃烧器，五层为转炉煤气燃烧器，同时在一、二层高炉煤气燃烧器内部布置有焦炉煤气喷嘴。锅炉运行过程中，只需开启三层高炉煤气燃烧器即可满足生产要求，需掺烧转炉煤气时开启五层燃烧器进行调节。但在运行过程中发现该燃烧器设计存在缺陷：由于转炉煤气燃烧器位于整个联合燃烧器的顶端，距离炉膛出口位置近，燃烧转炉煤气时，锅炉炉膛火焰中心高度提高，使布置在炉膛出口位置的高温段过热器管排温度迅速上升，长时间运行会导致爆管，且使得过热蒸汽温度上升，调节困难，影响锅炉的正常运行，从而影响整个后续生产线的顺利运行。同时4#锅炉燃用转炉煤气不顺利，锅炉综合煤气单耗偏高，经济性差。鉴于此，借4#锅炉大修之际，对其转炉煤气燃烧器进行重新设计、安装，从而提高煤气能源利用率及锅炉运行经济性，有效降低设备能源单耗。

1、改造总体思路

本次改造决定对4#锅炉燃烧器进行重新设计、安装。将原五层布置的燃烧器改为四层布置，其中一至三层为高炉煤气燃烧器，四层设计高、转炉煤气联合燃烧器来取代原四层高炉煤气燃烧器，同时取消原五层转炉煤气燃烧器。根据锅炉负荷及燃烧消耗情况，对各层燃烧器结构、尺寸进行重新确定。如此改造后既有效降低转炉煤气燃烧器的中心标高，实现高热值转炉煤气的安全燃用，提高煤气利用率、降低能耗指标，又实现了四层高、转炉煤气的置换使用，更有效的保证了锅炉的持续稳定运行。

2、技术方案

本次改造设计按照锅炉受热面不做改动的前提进行，根据现场实际对燃烧器进行选型、重新设计燃烧器结构及尺寸、对新燃烧器进行安装调试同时对配套阀门控制系统进行优化，从而实现转炉煤气在锅炉系统的顺利掺烧。

2.1燃烧器的选型

由于4#锅炉已配备送风机，故选用强制鼓风燃烧器，从而减少其他配套设备的改造难度。

在选择燃烧器喷嘴内部结构时，要充分考虑燃料特性、所需火焰长度等要求。由于高炉煤气属于热值较低的燃料，为保证其着火性能稳定，负荷调节性能良好，同时要求其火焰出口喷射速度高，火焰刚性强，避免出现脱火或回火现象。鉴于以上要求决定选择带旋涡装置的喷嘴。

2.2燃烧器尺寸、布局设计

此次燃烧器的改造难度在于，在保持锅炉炉膛受热面不做改动的前提下，既要保证燃料入炉量的充足，又要引入转炉煤气燃烧器，同时还要求降低燃烧器的中心标高。根据分析锅炉运行情况决定设计一层高、转炉煤气联合燃烧器取代原有的四层高炉煤气燃烧器和五层转炉煤气燃烧器，从而既满足锅炉所需燃料入炉量要求，又有效降低了转炉煤气的中心标高。由于4#锅炉正常运行时四层高炉煤气均处于备用状态，且为防止喷嘴过热，还需开启10%热风阀，存在能源浪费现象，故将该层与转炉煤气设计布置在一层联合燃烧器中对锅炉正常运行不造成影响，同时有效降低燃烧器中心标高（较改造前降低900mm），实现了转炉煤气的安全掺烧。

联合燃烧器结构：联合燃烧器布置在燃烧器的最上部，燃烧器燃料流通直径为273mm，采用套筒式布置。充分考虑高、转炉煤气的成分、热值以及燃烧特性等，转炉煤气喷嘴在联合燃烧器中心位置，高炉煤气喷嘴在转炉煤气喷嘴外侧，两煤气通道为独立通道，不发生掺混，高炉煤气与空气接触的截面圆周长增大，能实现更好的预混，同时中心区域产生回流区，很好对高炉煤气进行加热，实现在降低空燃比的基础上，有效提高其燃尽率。

为保证转炉煤气与热空气的预混度，在套筒外侧设计四根热风导流管直接引入转炉煤气燃烧器中心位置，实现在煤气和空气预混区的充分混合，又有效保证了转炉煤气的空气量需求。

该燃烧器在煤气和空气预混区域均装有导向叶片，使煤气和空气在入炉前产生漩涡，充分混合。

另外为适应现场高、转炉煤气现有煤气管道的固有布局特对联合燃烧器高、转炉煤气喷嘴前连接管道方位、角度进行调整，由原来的两燃料管道平行接入改为垂直接入。改变角度设计的联合燃烧器与生产现场实现了更好匹配，有效降低了改造施工难度。

新燃烧器具体布置情况为：四层布置，其中一、二层为高、焦炉煤气联合燃烧器，三层为高炉煤气燃烧器，四层设计高、转炉煤气联合燃烧器来取代原四层高炉煤气燃烧器。一至三层高炉煤气燃烧器单个额定燃烧能力为8700Nm3/h，四层转炉煤气燃烧器单个额定燃烧能力为3750Nm3/h。

3、实施效果

该项目改造完成后，运行效果良好。通过对4#锅炉转炉煤气燃烧器重新设计、安装，燃烧系统实施运行优化调整，在满足生产需求的同时，有效降低了锅炉综合煤气单耗。高炉煤气单耗较改造前降低了40.5m3/t，锅炉综合煤气单耗较改造前降低了32.24m3/t，降低了锅炉成本。改造后燃烧工况明显改善，燃烧稳定，火焰中心降低，排烟温度降低，，提高了转炉煤气的调节能力，提高锅炉效率。

4、结论

通过对锅炉燃烧器进行设计、改造，提高了转炉煤气的回收率，有效缓解了冶金行业中以高炉煤气为主要燃料的工业锅炉在生产调整过程的局限性，实现了在不改变锅炉受热面的前提下，转炉煤气高效安全利用。既缓解了冬季高炉煤气供应紧张的现状，又最大可能地挖掘了设备潜力，为公司节能减排目标的实现提供了保证。