提高發(fā)電站轉(zhuǎn)爐煤氣燒量的研究與應(yīng)用

胡 鋒

1 引言

在攀鋼三期工程建設(shè)中，發(fā)電站建設(shè)兩套55 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，配套兩臺(tái)240 t/h燃?xì)忮仩t。鍋爐燃燒高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，生產(chǎn)蒸汽額定溫度540℃、壓力9.8 MPa。兩臺(tái)鍋爐均為自然循環(huán)汽包爐、燃燒器四角布置、切圓燃燒、平衡通風(fēng)。鍋爐構(gòu)架采用全鋼全懸吊結(jié)構(gòu)、“∏”型布置汽包鍋爐室外布置。9#鍋爐燃燒器噴口從上到下布置為轉(zhuǎn)爐－焦?fàn)t－高爐－焦?fàn)t－高爐－焦?fàn)t，假象切圓直徑φ562，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐煤氣燒量為27 km3/h。10#鍋爐燃燒器噴口從上到下布置為轉(zhuǎn)爐－高爐－焦?fàn)t－轉(zhuǎn)爐－高爐－焦?fàn)t，假象切圓直徑φ800，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐煤氣燒量為51×103m3/h。

發(fā)電站建成后，攀鋼成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用。但是隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，發(fā)生了轉(zhuǎn)爐煤氣煤量持續(xù)下降趨勢(shì)，于是如何提高轉(zhuǎn)爐煤氣燒量就成了發(fā)電站生產(chǎn)運(yùn)行管理的重要課題之一。

2 存在的問題

發(fā)電站轉(zhuǎn)爐煤氣回收熱量基本在0.40 GJ/t鋼左右，遠(yuǎn)低于西昌鋼釩0.50 GJ/t噸鋼的回收水平。該系統(tǒng)主要存在以下問題：

（1）9#鍋爐在投產(chǎn)初期轉(zhuǎn)爐煤氣燒量可達(dá)27×103m3/h，在2013年4月停爐對(duì)燃燒器進(jìn)行疏通處理后的燒量也可達(dá)26×103m3/h，但2014年上半年平均燒量?jī)H19.2×103m3/h，回收量低于正常水平。

（2）當(dāng)9#鍋爐2#轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)節(jié)閥大于一定開度時(shí)，熱風(fēng)箱振動(dòng)劇烈，因此控制其開度不超過40%，減少了轉(zhuǎn)爐煤氣燒量。

（3）10#鍋爐設(shè)計(jì)有兩層轉(zhuǎn)爐煤氣火咀，因回收量不足平常上層只開兩個(gè)火咀，8個(gè)火咀中有6個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)，剩余兩個(gè)火咀未充分發(fā)揮作用。

9#鍋爐和10#鍋爐2014年上半年轉(zhuǎn)爐煤氣平均燒量如表1。

3 原因分析

3.1 9#鍋爐火咀堵塞嚴(yán)重

9#鍋爐在投產(chǎn)初期轉(zhuǎn)爐煤氣燒量可達(dá)設(shè)計(jì)值，至2014年5月轉(zhuǎn)爐煤氣的平均燒量在19×103m3/h左右，相差較大，除2#火咀調(diào)節(jié)閥開度因振動(dòng)大開度小于40%外，其他轉(zhuǎn)爐煤氣火咀調(diào)節(jié)閥的開度均在85%以上，而調(diào)節(jié)閥40%的開度其通過轉(zhuǎn)爐煤氣的流量也應(yīng)該在最大流量的60%左右，同時(shí)通過調(diào)整1#和3#火咀調(diào)節(jié)閥開度，發(fā)現(xiàn)開度在60%至90%變化的過程中，轉(zhuǎn)爐煤氣流量基本無變化，可以判斷火咀堵塞較嚴(yán)重。

表1 2014年1～6月轉(zhuǎn)爐煤氣平均燒量103m3/h

3.2 9#爐2#轉(zhuǎn)爐煤氣熱風(fēng)流道設(shè)計(jì)存在缺陷

熱空氣在風(fēng)道中流動(dòng)時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的紊流現(xiàn)象，局部阻力過大，產(chǎn)生共振，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度超過40%以上時(shí)振動(dòng)較大，威脅整個(gè)爐體的安全運(yùn)行。

3.3 12#支架至發(fā)電站管徑小，輸送能力不足影響了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用

轉(zhuǎn)爐煤氣加壓風(fēng)機(jī)出口管道為DN1400,在煤氣加壓站后變徑為DN1100，在12#支架后就變徑為DN1000，之后到14#管道支架處分別送至9#、10#鍋爐使用，其中兩臺(tái)爐的轉(zhuǎn)爐煤氣管道分別為DN800、DN1000，再分別進(jìn)入各支管和轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器燃燒利用。由于9#、10#鍋爐節(jié)點(diǎn)使用壓力要求不低于8 kPa，在增加輸送量時(shí)，受管道輸送能力制約，轉(zhuǎn)爐煤氣最大輸送量只能達(dá)到55×103m3/h，即不能滿足用戶燒嘴使用壓力要求，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣使用量不能繼續(xù)提高，嚴(yán)重制約了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收與使用的平衡，導(dǎo)致冶煉中的轉(zhuǎn)爐煤氣不能完全回收利用。理論計(jì)算和實(shí)際檢測(cè)值如表2[1}和表3。

表2 理論計(jì)算轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管道分段流速及壓力損失情況

表3 實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管道分段管道壓力情況

通過以上理論與實(shí)際數(shù)據(jù)比較，說明以下問題：

(1）轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站站外到12#支架眼鏡閥處管道阻力損失基本正常，該段管道長(zhǎng)度約500 m，阻力損失只有 1.4～1.6 kPa。

(2）12#支架眼鏡閥前到9#、10#鍋爐總管前管道約200 m，管道壓損較大，達(dá)到3 kPa左右，其原因是該段管道只有DN1000，在與前端管道在同樣的輸送能力下，流速增加，導(dǎo)致管道阻損增加，兩端管道的流通截面積相差21%，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣使用量不斷增加時(shí)，壓力損失增加更大，進(jìn)而不能滿足用戶使用點(diǎn)的壓力要求，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣冶煉中回收量增加但不能充分利用的主要原因.

3.4 轉(zhuǎn)爐煤氣調(diào)整安全余量過大

原來對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣柜位的規(guī)定是當(dāng)?shù)陀?萬m3時(shí)就開始減少燒量，設(shè)計(jì)柜位為8萬m3，即在柜位低于設(shè)計(jì)值的37.5%時(shí)就開始減少轉(zhuǎn)爐煤氣的燒量，此值偏高，即安全余量過大；對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣母管壓力而言，規(guī)定當(dāng)壓力低于9.5 kPa時(shí)開始減少燒量，而焦?fàn)t煤氣總管壓力通常在6 kPa左右，仍然可以安全燃燒，所以壓力的安全余量相對(duì)于焦慮煤氣高出58.3%，安全余量同樣過大。

3.5 轉(zhuǎn)爐煤氣含水量大

轉(zhuǎn)爐煤氣采用濕式除塵方式，導(dǎo)致煤氣中含水量大。隨著輸送溫度的降低，將有大量的水因溫度低于飽和溫度而析出，沿途排水器的位置和數(shù)量將直接影響排水量，排水不暢水將堵塞通道，降低系統(tǒng)壓力，減少燒量。同時(shí)，水進(jìn)入爐膛后也將消耗更多的燃料，通過尾部煙道時(shí)產(chǎn)生低溫腐蝕。

4 對(duì)策

根據(jù)以上問題和原因分析，能動(dòng)中心于2014年4月開始有針對(duì)性對(duì)提高轉(zhuǎn)爐煤氣燒量進(jìn)行了研究，具體措施如下。

4.1 停爐疏通噴咀并擴(kuò)孔

利用4#發(fā)電機(jī)組定修的機(jī)會(huì)，進(jìn)入爐膛對(duì)各層火咀進(jìn)行檢查清掃，并請(qǐng)藍(lán)星專業(yè)清洗公司對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣火咀進(jìn)行清洗。從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，轉(zhuǎn)爐煤氣火咀堵塞嚴(yán)重，近一半的面積被淡黃色的固體堵塞，嚴(yán)重影響了轉(zhuǎn)爐煤氣的燒量，見圖1。同時(shí)，將9#爐轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒器火咀口徑擴(kuò)充至φ20mm，見圖2。還分解檢查煤氣調(diào)節(jié)閥門和快關(guān)閥，清理閥瓣積垢。

圖2 轉(zhuǎn)爐煤氣火咀疏通擴(kuò)孔后

4.2 9#爐2#轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)道增設(shè)導(dǎo)流板

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，2#轉(zhuǎn)爐煤氣風(fēng)道從母管取出后形成“L”型管道進(jìn)入噴咀，因位于最上層彎頭前后的直線距離短，突然彎曲，局部阻力損失過大。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的說明，為了降低風(fēng)管系統(tǒng)的局部阻力，對(duì)不采用曲率半徑為一個(gè)平面邊長(zhǎng)的內(nèi)外同心弧形彎管，其平面邊長(zhǎng)大于500 mm的，須設(shè)置導(dǎo)流片。轉(zhuǎn)爐煤氣熱風(fēng)管最長(zhǎng)邊約800 m，超過了500 mm的限制，須設(shè)置導(dǎo)流板以減少局部阻力。增設(shè)兩塊導(dǎo)流板后，調(diào)門開度可以隨意開啟，增加轉(zhuǎn)爐煤氣燒量，徹底消除了風(fēng)管振動(dòng)的現(xiàn)象。

4.3 增加一條DN800轉(zhuǎn)爐煤氣管道

從送8#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣管道上新建一根DN800管道至10#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣總管插板閥前，長(zhǎng)約200m,形成轉(zhuǎn)爐煤氣的環(huán)狀管網(wǎng)，如圖3所示。

圖3 發(fā)電站轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)圖

4.4 制定管控措施，優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整增大轉(zhuǎn)爐煤氣燒量。盡量多回收轉(zhuǎn)爐煤氣，避免因柜位高而拒收的情況發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn)“零”拒收。

（1）將轉(zhuǎn)爐煤氣總管壓力低開始減量的值由9.5 kPa降為8.5 kPa，將轉(zhuǎn)爐煤氣柜位低開始減量的值由3.0萬m3降為2.5萬m3。當(dāng)柜位回升時(shí)逐漸增加燒量：當(dāng)柜位為4萬m3時(shí)，發(fā)電站鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣總燒量不低于50×103m3/h；當(dāng)柜位大于4.5萬m3時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣總燒量不低于55×103m3/h；當(dāng)柜位大于5萬m3時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣總燒量不低于60×103m3/h。

(2)轉(zhuǎn)爐煤氣柜位低解列值由原來的1.0萬m3降為0.8萬m3。

(3)增減量主要由10#鍋爐來完成，保持9#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣燒量穩(wěn)定。

(4)轉(zhuǎn)爐煤氣減量過程中若參數(shù)異常，可調(diào)整焦?fàn)t煤氣穩(wěn)定工況。

(5)司爐操作過程中不斷摸索轉(zhuǎn)爐煤氣的回收規(guī)律，盡量小開小關(guān)，避免增減量大起大落，降低頻繁的熱交變應(yīng)力對(duì)鍋爐受熱部件的影響。

4.5 增設(shè)排水器

為增加排水量，在轉(zhuǎn)爐煤氣管道的垂直上升處，即圖3所示的①、②和③位置加裝排水器。增設(shè)排水器后，收集5 min的排水量：①處為4100 mL、②處2720 mL、③處 5340 mL，合即排水量 12.16 kg/h。增設(shè)排水器前后試驗(yàn)的壓力比對(duì)情況見表4。

表4 增設(shè)排水器前后試驗(yàn)壓力對(duì)比

5 效益

5.1 參數(shù)比對(duì)

以上措施全部在7月上旬實(shí)施完畢后，統(tǒng)計(jì)2014年7至12月轉(zhuǎn)爐煤氣平均燒量如表5所示。

從表5與表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，9#爐增加燒量5.1×103m3/h，10#爐轉(zhuǎn)爐煤氣燒量減少 0.4×103m3/h，轉(zhuǎn)爐煤氣總的平均燒量增加4.7×103m3/h。

表5 2014年7～12月轉(zhuǎn)爐煤氣平均燒量103m3/h

5.2 效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益

兩臺(tái)鍋爐增加轉(zhuǎn)爐煤氣燒量4.7×103m3/h，轉(zhuǎn)爐煤氣熱值 5.13 GJ/×103m3，結(jié)算價(jià) 27 元/GJ，則發(fā)電站轉(zhuǎn)爐煤氣燒量提高后全年（年運(yùn)行8000 h）直接創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益：

4.7 ×5.13×8000×27=5207976 元，約 520 萬元

（2）社會(huì)效益

多回收利用轉(zhuǎn)爐煤氣，減少熱排放和熱污染，提高了公司二次能源利用水平。同樣負(fù)荷條件下可相應(yīng)減少煤粉燒量，降低顆粒物、二氧化硫和氮?dú)饣锱欧帕?，也減少了煤灰的二次污染，有力地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]《煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組編.煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京:中國建筑工業(yè)出版社，1983年8月.