燃?xì)忮仩t出力不足的原因分析及處理

姬抱平，趙立勇，付天增

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司能源中心，河北邯鄲056015)

燃?xì)忮仩t出力不足的原因分析及處理

姬抱平，趙立勇，付天增

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司能源中心，河北邯鄲056015)

送風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)余量偏小是造成鍋爐出力不足的重要原因，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該適當(dāng)放寬風(fēng)機(jī)的余量，以減少不必要的改造費(fèi)用；燃?xì)馊紵餍魅~片損壞是造成燃燒工況惡化的重要原因之一，提高設(shè)備檢修維護(hù)力度，及時(shí)安排檢修和更換損壞的燃燒器，可以促進(jìn)燃燒工況的穩(wěn)定和燃燒效率的提高。

鍋爐；出力；送風(fēng)機(jī)；燃燒器；處理

1 前言

鋼鐵工業(yè)是我國能源消耗大戶，其能耗約占全國總能耗的13%耀14%[1]。目前，我國鋼鐵工業(yè)的能源效率明顯提高，其主要原因在于落后產(chǎn)能設(shè)備不斷淘汰、新工藝新技術(shù)不斷更新升級(jí)以及各種新型節(jié)能技術(shù)不斷應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)。高爐煤氣綜合利用技術(shù)是鋼鐵企業(yè)節(jié)能技術(shù)的重要技術(shù)。高爐煤氣是高爐煉鐵過程中的主要副產(chǎn)品之一，在能源緊張和環(huán)境惡化的雙重壓力下，全國各鋼鐵企業(yè)都在不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，充分利用企業(yè)生產(chǎn)中副產(chǎn)煤氣進(jìn)行降本和創(chuàng)效。做好高爐煤氣資源化利用工作，對優(yōu)化利用企業(yè)煤氣資源、降低噸鋼能耗、減少二氧化碳排放都具有十分重要的意義[2]。

邯鋼1#60 MW發(fā)電機(jī)組是利用高爐煤氣實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)的重點(diǎn)節(jié)能項(xiàng)目，其燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)額定出力為260 t/h，配套一臺(tái)60 MW抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，年可發(fā)電量4.4億kWh，在為企業(yè)創(chuàng)效的同時(shí)每年可減少高爐煤氣放散量20.8億m3，節(jié)能環(huán)保效℃顯著。在鍋爐運(yùn)行過程中，先后兩次出現(xiàn)鍋爐出力不足的問題，對機(jī)組充分利用高爐煤氣造成影響。本文重點(diǎn)對這兩起問題進(jìn)行分析，以期望能對其他燃?xì)忮仩t的高效穩(wěn)定運(yùn)行有所幫助。

2 問題概述

2.1 高爐煤氣發(fā)電技術(shù)原理與工藝

廠區(qū)煤氣管網(wǎng)送過來的高爐煤氣通過布置在鍋爐四角的燃燒器送入爐膛進(jìn)行燃燒，釋放出的熱量將鍋爐給水加熱成飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)過布置在爐膛頂部和水平煙道的過熱器吸熱后變成過熱蒸汽，過熱蒸汽通過蒸汽管道及相應(yīng)閥門送往汽輪機(jī)膨脹做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。為了滿足廠區(qū)生產(chǎn)用低壓蒸汽的需要，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)有抽汽系統(tǒng)，同時(shí)鍋爐設(shè)計(jì)有減溫減壓系統(tǒng)。在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)可以通過抽汽系統(tǒng)將在汽輪機(jī)內(nèi)做過一部分功的蒸汽抽出至分汽包，然后送往其他蒸汽用戶。在汽輪機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，工藝上也可通過減溫減壓系統(tǒng)外送蒸汽，以滿足廠區(qū)生產(chǎn)用汽需求。

2.2 運(yùn)行初期第一次出現(xiàn)出力不足的問題

該燃?xì)忮仩t發(fā)電機(jī)組于2010年1月建成投產(chǎn)。在運(yùn)行初期，第一次出現(xiàn)鍋爐出力不足的問題，主要表現(xiàn)為：在高爐煤氣充足的條件下，鍋爐的最高出力只能達(dá)到230 t/h，便無法再產(chǎn)生更多的蒸汽用于發(fā)電，根本無法達(dá)到260 t/h的設(shè)計(jì)值。經(jīng)檢查，煤氣管道及燃燒器內(nèi)部并不存在堵塞現(xiàn)象。操作人員也都經(jīng)過培訓(xùn)持證上崗，調(diào)整中未發(fā)現(xiàn)調(diào)整不及時(shí)和調(diào)整幅度大的情況，操作原因可以排除。在煤氣充足的情況下煤氣壓力也比較平穩(wěn)，基本維持在8耀11 kPa，完全滿足設(shè)計(jì)要求，不存在煤氣壓力低的問題。

2.3 運(yùn)行后期第二次出現(xiàn)出力不足的問題

在鍋爐運(yùn)行三年時(shí)間后，鍋爐第二次出現(xiàn)出力下降的問題，主要表現(xiàn)為：爐內(nèi)燃燒工況惡化，煤氣燃燒不充分，火焰加長，火焰燃燒穩(wěn)定性變差，鍋爐出力降低。經(jīng)化驗(yàn)人員測定，高爐煤氣成分和熱值并未發(fā)生大的變化，排除了高爐煤氣品質(zhì)變差的因素。在燃燒調(diào)整操作方面，基本上一直是按照運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行操作，而且經(jīng)過三年的實(shí)踐證明，操作規(guī)程中規(guī)定的煤氣量和配風(fēng)量比例上并沒有不當(dāng)之處，近期也沒有對操作規(guī)程進(jìn)行過煤氣量和配風(fēng)比值的內(nèi)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?xì)忮仩t出力不足的原因有許多，主要包括：引風(fēng)機(jī)出力不足、送風(fēng)機(jī)出力不足、燃燒器堵塞、燃燒器損壞、操作調(diào)整不及時(shí)或幅度大、配風(fēng)量過大或煤氣過剩、高爐煤氣壓力低和高爐煤氣品質(zhì)差等等[3]，這些因素都會(huì)影響到鍋爐的出力。

3.1 第一次出力不足的原因分析

通過檢查分析運(yùn)行趨勢和運(yùn)行參數(shù)的對比，發(fā)現(xiàn)在鍋爐大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐爐膛負(fù)壓正常，可以排除引風(fēng)機(jī)出力不足因素。高負(fù)荷時(shí)，兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)擋板已經(jīng)開到100%的情況下，仍然無法滿足鍋爐燃燒所需空氣量的要求，鍋爐爐膛出口的煙氣含氧量降低接近于技術(shù)要求的下限，為了保證煤氣燃燒效率，避免出現(xiàn)煤氣過剩，不能再投入更多的高爐煤氣。

這種情況下，如果盲目增加燃料量，必然造成高爐煤氣不完全燃燒，影響鍋爐的燃燒效率及安全運(yùn)行。一旦出現(xiàn)煤氣過剩極易發(fā)生鍋爐尾部煙道放炮事故，將造成設(shè)備損壞，甚至人員傷亡的嚴(yán)重后果。分析認(rèn)為，鍋爐出力不足的根本原因是由于設(shè)計(jì)送風(fēng)機(jī)送風(fēng)余量不足，鍋爐出力不足系實(shí)際送風(fēng)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現(xiàn)在爐內(nèi)燃燒工況的惡化方面，因此重點(diǎn)對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行原因查找和分析。安排鍋爐停爐后，通過人孔門從爐膛內(nèi)部對燃燒器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)燃燒器損壞較嚴(yán)重，尤其下層燃燒器的煤氣旋流葉片和熱風(fēng)旋流葉片均出現(xiàn)了較大的燒損甚至脫落。損壞最嚴(yán)重的燃燒器內(nèi)側(cè)煤氣旋流葉片脫落面積多達(dá)50%以上，而外側(cè)的熱風(fēng)旋流葉片損壞面積也接近40%。

分析認(rèn)為，高爐煤氣發(fā)熱值極低，理論燃燒溫度也低，火焰輻射和燃燒的自穩(wěn)能力弱。為了保證高爐煤氣燃燒的穩(wěn)定性，一般對燃燒器都進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。該鍋爐的燃燒器即采用了旋流葉片的結(jié)構(gòu)，即通過在燃燒器內(nèi)布置一定數(shù)量的旋流葉片，以增強(qiáng)高爐煤氣與空氣的混合效率，提高燃燒穩(wěn)定性。但這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且旋流葉片一旦損壞，必然導(dǎo)致高爐煤氣和空氣的混合不充分，致使高爐煤氣的燃燒效率下降。旋流葉片出現(xiàn)較大損壞以后，高爐煤氣在燃燒器出口處沿軸向速度增大，旋流作用減弱，高爐煤氣和空氣的混合不充分，是導(dǎo)致高爐煤氣燃燒不充分、火焰穩(wěn)定性差的主要原因。

4 問題改善及處理效果

4.1 送風(fēng)機(jī)出力不足改造及效果

經(jīng)過研究，確定了兩種解決方案：一是更換新型號(hào)的送風(fēng)機(jī)，將現(xiàn)有送風(fēng)機(jī)拆除，更換為額定功率更大的風(fēng)機(jī)；二是針對原有電機(jī)還有一定余量的情況，改造原有的送風(fēng)機(jī)，對原有送風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改造，以滿足增大送風(fēng)量的要求。

若采用第一種方案，則需要更換風(fēng)機(jī)型號(hào)，相對應(yīng)的軸承箱、蝸殼、出口風(fēng)箱、電動(dòng)機(jī)也需要改動(dòng)，甚至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)也需要重新設(shè)計(jì)制作，不僅費(fèi)用較高，而且工作量大，改造周期長。為了盡可能減少改造施工周期和改造費(fèi)用，風(fēng)機(jī)改造應(yīng)盡量避免對風(fēng)機(jī)進(jìn)行整機(jī)更換，尤其避免風(fēng)機(jī)型號(hào)的改變[4]。風(fēng)機(jī)流量、風(fēng)壓、功率與葉輪直徑的關(guān)系滿足切割定律，即：風(fēng)機(jī)流量與葉輪直徑成正比。可見，增加葉輪直徑可以實(shí)現(xiàn)流量、風(fēng)壓和功率的同時(shí)增加[5]。

為了保證風(fēng)機(jī)效率不致降低太多，風(fēng)機(jī)功率不致增加太多，盡量避免機(jī)殼改造，降低改造工作量，將葉輪直徑的增大量控制在5%葉輪直徑范圍之內(nèi)。因此，決定將葉輪直徑增加50 mm，即葉輪直徑由原來的漬1350mm增大至漬1400mm。利用高爐休風(fēng)的機(jī)會(huì)，安排了該燃?xì)忮仩t的停爐檢修，對送風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，機(jī)殼維持原尺寸不變。

通過改造，送風(fēng)機(jī)的軸功率由原實(shí)際運(yùn)行的180 kW增大到250 kW，原電機(jī)的設(shè)計(jì)能力完全滿足風(fēng)機(jī)改造后的出力要求，無須更換原電機(jī)。送風(fēng)量由改造前的119000 m3/h增加至168300 m3/h，送風(fēng)量增加了49300 m3/h。在煤氣量充足的情況下，鍋爐負(fù)荷最高可達(dá)280 t/h，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4.2 燃燒器旋流葉片損壞處理及效果

燃燒器旋流葉片損壞的解決方案：一是對旋流葉片進(jìn)行修復(fù)，這種處理方法需要使用原材質(zhì)的鋼材制作葉片，工作量較小，但檢修安裝精度低，不容易恢復(fù)到原設(shè)計(jì)工況；二是整體更換聯(lián)合燃燒器，這種方法工作量和費(fèi)用都較高，但容易達(dá)到原設(shè)計(jì)工況，保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，由于馬上要安排鍋爐設(shè)備大修，故決定對燃燒器進(jìn)行整體更換。

2013年9月份鍋爐大修期間，對該鍋爐的12臺(tái)高爐煤氣聯(lián)合燃燒器進(jìn)行了整體更換。新舊燃燒器的旋流葉片情況如圖1所示。

圖1 新舊燃燒器旋流葉片對比照片

2013年11月27日大修完畢后，先后點(diǎn)焦?fàn)t、高爐煤氣進(jìn)行烘爐燃燒，爐膛火焰正常，燃燒穩(wěn)定，鍋爐的燃燒工況恢復(fù)正常。

5 結(jié)論及建議

鍋爐出力不足的原因很多，深入全面的分析其產(chǎn)生的根本原因，采取正確的改進(jìn)措施，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效℃的最大化。本文針對不同原因引起的鍋爐出力不足問題進(jìn)行了分析，處理后實(shí)際運(yùn)行效果良好。建議在鍋爐設(shè)備在設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行維護(hù)過程中注意以下兩點(diǎn)問題：

1）設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)放寬送風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量，以減少不必要的改造費(fèi)用和影響生產(chǎn)的費(fèi)用。

2）運(yùn)行過程中應(yīng)及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器的缺陷，適當(dāng)安排檢修和更換損壞的燃燒器，以促進(jìn)燃燒工況的穩(wěn)定和保證燃燒效率的提高。

[1]中國金屬學(xué)會(huì),中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì).2011耀2020年中國鋼鐵工業(yè)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展指南[M].冶金工業(yè)出版社：曹勝利，2012:142-148.

[2]張琦，蔡九菊，王建軍等.鋼鐵廠煤氣資源的回收與利用[J].鋼鐵，2009(12)：95-99.

[3]王宏章.燃?xì)忮仩t出力不足的原因分析及解決措施[J].裝備制造技術(shù)，2011(3)：151-152.

[4]劉家鈺.風(fēng)機(jī)改造中常見問題的解決措施[J].熱力發(fā)電，2012(6)：38-40.

[5]段焱森.送風(fēng)機(jī)出力不足原因分析及改進(jìn)[J].湖南電力，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年畢業(yè)于河北理工大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)從事熱力發(fā)電專業(yè)技術(shù)工作。