煤气发电锅炉三种煤气混合燃烧研究与应用

煤气发电锅炉三种煤气混合燃烧研究与应用

金显熠 ,金立坤

安徽工业大学 安徽 马鞍山 243002

摘要：钢铁企业在生产过程中产生大量的焦炉、高炉和转炉煤气，除部分利用外，还有剩余煤气，为了最大程度降低煤气点火放散，需要通过锅炉燃烧产生热能加以利用；一般的锅炉只能同时燃烧2种煤气，如何做到3种煤气混合燃烧，提高煤气的利用率是钢铁企业需要研发的课题。本文重点介绍3种煤气混合燃烧技术的研究与应用，进而达到降低生产成本的效果。

关键词：钢铁企业 锅炉 焦炉、高炉、转炉煤气 燃烧

1  前言

1.1 问题提出

钢铁企业在生产过程中产生大量的焦炉、高炉和转炉煤气，除部分利用外，还有剩余煤气，为了最大程度降低煤气点火放散，需要通过锅炉燃烧产生热能加以利用；一般的锅炉只能同时燃烧2种煤气，如何做到3种煤气混合燃烧，提高煤气的利用率是钢铁企业需要研发的课题。

再加上一般钢铁企业的煤气管网的煤气量的波动性较大，为保证全厂的煤气平衡，减少煤气的放散，提高燃气锅炉的效率，将传统的同时燃烧两种煤气改为同时燃用三种煤气，达到保护环境、节约能源的目的。

为了解决现有技术存在的问题们进行研究，必须出找合理的解决方案。

1.2 研究方法和预期效果

1、结合近几年煤气管网的实际运行参数，包括：温度、压力、流量等，重点对高炉煤气、转炉煤气的富余量进行计算，编制合理的煤气消耗平衡表。

2、优化改造锅炉燃烧器，满足能够同时燃烧3种煤气的工艺需求。

3、煤气燃烧后的烟气对空排放，数据指标环境保护要求相当重要，因此如何增加烟气脱硫脱销装置，达到烟气达标排放指标要求需要进一步研究。

2  新技术开发应用条件

2.1 项目现状分析

2.1.1 三种煤气管道的布置

煤气管道采用架空敷设，煤气管道高点设置放气，最低点设置排水，排水器单独设置集水坑，煤气凝结水厂区统一回收处理。煤气管道排水管道采取保温防冻措施，保温采用电伴热。煤气管道需要吹扫的部位，预留氮气吹扫接头，平时吹扫用气不直接与煤气管道连接。煤气管道热补偿采用波纹补偿器，考虑Cl-腐蚀。补偿器材质为SUS254，煤气管道全部保温。煤气管道采用焊接钢管，材质为Q235B,操作处煤气管道设置保温防烫伤处理。在煤气管道低点设冷凝水排水器，排去煤气中含有的水份，煤气排水器采用电伴热保温。

2.1.2 煤气锅炉燃烧器的布置现状

国内锅炉厂常采用四角切圆布置和燃烧器前后墙两种燃烧器布置方式，当燃烧器采用四角切圆布置时，锅炉为满足各工况条件，燃烧器需分3层布置，共12组燃烧器。每组燃烧器均设煤气调节、快切等调节元件，可以满足锅炉自动燃烧要求，但调节阀门数量多，投资较高。当锅炉燃烧器采用前墙布置时，燃烧器也需分3层布置，每层设置2个烧嘴，共6组燃烧器。这种布置需要的煤气调节、快切等阀门数目少，投资较低。

3  新技术开发应用方案

3.1锅炉燃烧器进行开发。

本案根据实际情况采用高效、低氮煤气燃烧器，采用两层布置（见图1），其中焦炉煤气混烧高炉煤气布置在上层，上层四角分别布置4个燃烧器，焦炉煤气混烧转炉煤气布置在下层，下层同样在四角布置4个燃烧器。实现三种煤气同时燃烧。

图1   燃烧器结构简图

为了更好的平衡全厂煤气，转炉煤气管道、高炉煤气管道之间在进入燃烧器之前设有连通阀，某种煤气富于时可利用联通管道在两层燃烧器同时燃烧。

锅炉采用全钢结构，受热面采用支吊结合的固定方式，全膜式壁、前吊后支式“π”型布置结构，锅筒、水管系统、过热器全部悬吊于钢架的顶板上，省煤器、空气预热器等尾部受热面则采用积木式结构布置在尾部竖井烟道中。

3.2锅炉燃烧工况煤气配比计算表

图4  煤气配比计算表

4.1 煤气燃烧后的烟气处理工艺研究

采用SCR工艺，在锅炉烟道预留的第一组省煤器和第二组省煤器之间脱硝烟道布置选择性催化，锅炉NOx基线浓度按150mg/Nm3，经脱硝治理后烟气排放需满足：NOx（以NO2计）≤50mg/m3（干基，标态，3%O2），流程图见图3。SCR反应器的设计充分考虑与周围设备布置的协调性及美观性。反应器设计成烟气竖直向下流动，反应器入口设气流均布装置，反应器入口及出口段设防磨导流板，对于反应器内部易于磨损的部位设计必要的防磨措施。同时考虑热膨胀的补偿措施。脱硝装置（SNCR+SCR）与锅炉同步建设，SCR反应器布置在二级省煤器上方，氨水区设置在锅炉区域范围外100m，将氨水输送至脱硝氨水罐。计量分配设备就近布置在喷射系统附近锅炉平台上，以焊接的形式固定，满足整体设计要求。

5  应用效果

同时使用三种煤气时，燃气锅炉的热效率达到94.51%，普通燃气锅炉热效率只有90%；燃用三种煤气燃耗99.5kg/t，燃烧两种煤气燃耗102.7kg/t，相比较节能效果显著。按照一般钢铁企业煤气状况，一年多利用热值高达1509亿kJ，大大提高了煤气资源利用率。

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