無燃油發(fā)電技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

朱昌厚 ，李 超

（馬鋼股份公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼熱電總廠12#鍋爐是按照摻燒30%（按熱值計算）煤氣設(shè)計建造的，投產(chǎn)之初，由于煤氣燃燒器設(shè)計存在缺陷，鍋爐無法達(dá)到摻燒30%（按熱值計算）煤氣的設(shè)計要求，每年仍需要約50 t燃料油用于鍋爐啟停和穩(wěn)燃，增加了鍋爐的運營成本，企業(yè)富余煤氣也不能得到最有效地利用。機組自投產(chǎn)以來，該廠通過數(shù)次技術(shù)改造，最終掌握了冷態(tài)鍋爐高爐煤氣點火啟動技術(shù)和利用高爐煤氣進(jìn)行機組滑參數(shù)停運的技術(shù)。

1 煤氣燃燒器改進(jìn)技術(shù)

1.1 煤氣燃燒器技術(shù)特性要求

燃?xì)忮仩t的燃燒器按照空氣供給的方式，大致分為自然供風(fēng)燃燒器、引射式燃燒器和鼓風(fēng)式燃燒器。根據(jù)燃燒不同類別的氣體，燃燒器的技術(shù)要求和選用也是不同的，需從燃燒器的容量范圍、燃燒性能、調(diào)節(jié)性能進(jìn)行充分考慮。燃用較高熱值的高爐煤氣時一般選用鼓風(fēng)式燃燒器，空氣以較高的速度與煤氣混合后進(jìn)入爐膛燃燒。表1為鼓風(fēng)式煤氣燃燒器的分類表。

表1 鼓風(fēng)式煤氣燃燒器分類表

馬鋼熱電總廠12#鍋爐高爐煤氣燃燒器在設(shè)計時選用的是擴散式有焰高爐煤氣燃燒器，該燃燒器的優(yōu)點在于能夠布置在爐膛四角，可以切向燃燒，火焰的行程較長。缺點在于鍋爐低負(fù)荷運行時燃燒不穩(wěn)定，不能滿足鍋爐啟停時的要求。

1.2 雙旋渦流式高爐煤氣燃燒器的運用

雙旋渦流式高爐煤氣燃燒器主要由煤氣通道、空氣通道、煤氣噴口、空氣噴口、中心管、火檢套管等部件組成。燃燒器的外殼從里到外依次布置中心管、高爐煤氣通道、助燃風(fēng)道。焦?fàn)t煤氣的助燃管布置在中心管內(nèi)；其中高爐煤氣管道內(nèi)部還加裝了高爐煤氣旋流葉片；在助燃風(fēng)道內(nèi)布置有助燃風(fēng)（二次熱風(fēng)）旋風(fēng)旋流葉片。高爐煤氣的旋流葉片與助燃熱風(fēng)旋流葉片的旋流方向一致。圖1為12#鍋爐高爐煤氣燃燒器（帶點火裝置）結(jié)構(gòu)示意圖。

12#鍋爐燃燒器共14層，第一層和第二層（自下而上布置）為高爐煤氣燃燒器，該燃燒器利用焦?fàn)t煤氣為鍋爐啟動點火燃料，高能點火槍作為點火器，并配備氣動推進(jìn)裝置，便于實現(xiàn)自動程控操作。該燃燒器的燃燒負(fù)荷能力單臺為17000 m3/h，燃燒器火炬的冷態(tài)長度為3.2 m，熱態(tài)長度為3.9 m，燃燒器的最低調(diào)節(jié)負(fù)荷為2000 m3/h，并能夠穩(wěn)定燃燒。

圖1 12#鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的綜合利用

焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣作為冶金鋼鐵行業(yè)的副產(chǎn)品，由于其低位熱值較高（焦?fàn)t煤氣15379-16812kJ/m3、轉(zhuǎn)爐煤氣 6678～7968 kJ/m3），一直以來主要被鋼軋廠利用，其次是用于發(fā)電、供熱。馬鋼熱電總廠作為冶金鋼鐵行業(yè)熱電廠，廢除燃料油，全部依賴各類富余煤氣進(jìn)行機組的啟停和穩(wěn)燃，既能夠節(jié)能減排，又可以降本增效。該廠12#鍋爐在合理利用高爐煤氣的同時，繼續(xù)有效利用焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，尤其在低負(fù)荷期間，更是起到穩(wěn)定燃燒的理想效果。

焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的摻燒量也并非越多越好，而是根據(jù)爐膛溫度、受熱面管壁溫度以及主蒸汽、再熱蒸汽溫度等因素確定的。焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的摻燒量過大，不僅會造成爐膛溫度高，水冷壁管易結(jié)焦，還會造成主汽溫度超溫，減少管材的使用壽命。若高爐煤氣的摻燒量過大，更會加劇各受熱面的磨損。因此，必須做到合理摻燒煤氣。12#鍋爐通過數(shù)次實踐，最終確定在滿負(fù)荷時，高爐煤氣摻燒量≦6萬m3/h；焦?fàn)t煤氣摻燒量≤1.2萬m3/h；轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒量≤1.0萬m3/h。當(dāng)鍋爐制粉系統(tǒng)停運，在全燒煤氣的工況下，高爐煤氣摻燒量≤10萬m3/h；焦?fàn)t煤氣摻燒量≤1.8萬m3/h,；轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒量≤1.5萬m3/h。表1為12#鍋爐正常工況下與制粉系統(tǒng)停運工況下的煤氣摻燒量對比。

表1 12#鍋爐正常工況下與制粉系統(tǒng)停運工況 萬m3/h

2 煤氣強化燃燒技術(shù)

2.1 煤氣強化燃燒技術(shù)要求

表3為12#鍋爐高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣的基本特性。

表3 三種煤氣特性（干質(zhì)、體積比）

高爐煤氣的熱值一般約為3372 kJ/m3，其理論燃燒溫度也相對較低，約為1580℃，因此其著火和穩(wěn)燃都比較困難。而高爐煤氣又作為在鍋爐啟動、滑參數(shù)停運以及RB時的主要燃料，必須做好在鍋爐低負(fù)荷時的強化燃燒技術(shù)，采取的方法主要有：提高高爐煤氣入爐時的溫度；保證高爐煤氣的濃度，以增強其火焰?zhèn)鞑サ乃俣龋辉诟郀t煤氣與空氣的燃燒配風(fēng)調(diào)整上，采用低氧燃燒，保持較低的過?？諝庀禂?shù)；適當(dāng)摻燒較高熱值的焦?fàn)t煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣；在高爐煤氣燃燒器火嘴附近敷設(shè)衛(wèi)燃帶，提高高爐煤氣著火區(qū)域的溫度。

2.2 煤氣強化燃燒技術(shù)的推廣運用實例

12#鍋爐在初期摻燒高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣時，由于摻燒量過大，出現(xiàn)了受熱面超溫、爆管等現(xiàn)象。該廠技術(shù)人員通過省電科院提供的爐膛熱負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，最終確定了12#鍋爐在不同工況下煤氣的摻燒量，詳見表2。同時，將原來的第五層（自下而上布置）點火油槍燃燒器改為助燃二次風(fēng)；將第九層助燃油槍燃燒器改造為助燃焦?fàn)t煤氣燃燒器。此后，助燃焦?fàn)t煤氣（單臺出力為6000 m3/h）滿負(fù)荷投入后，鍋爐受熱面存在局部超溫現(xiàn)象，隨即又將焦?fàn)t煤氣的入口管道進(jìn)行改造，使其進(jìn)入焦?fàn)t煤氣燃燒器的流量≤4000 m3/h，鍋爐部分受熱面超溫的現(xiàn)象得以消除。圖2、圖3分別為焦?fàn)t煤氣入口管徑改造和焦?fàn)t煤氣燃燒器圖片。

圖2 焦?fàn)t煤氣管道改造

為了提高高爐煤氣在鍋爐點火初期的著火能力，12#鍋爐在2015年進(jìn)行脫硝改造的同時，在高爐煤氣燃燒器附近敷設(shè)了衛(wèi)燃帶，降低了水冷壁對煤氣著火的影響，提高了煤氣著火區(qū)域的溫度，有利于低熱值高爐煤氣的著火燃燒。同時也滿足了鍋爐分級燃燒的需要，降低氮氧化物的排放。

在鍋爐低負(fù)荷期間，在摻燒高爐煤氣的同時，12#爐還可以在高爐煤氣中摻燒≤1.0萬m3/h的轉(zhuǎn)爐煤氣，由于轉(zhuǎn)爐煤氣的低位熱值在6678～7968 kJ/m3之間，更好地促進(jìn)了高爐煤氣的燃燒，滿足鍋爐低負(fù)荷期間的穩(wěn)燃需求

圖3 焦?fàn)t煤氣燃燒器改造

3 結(jié)束語

常規(guī)電廠大多采用等離子發(fā)生器實現(xiàn)無燃油發(fā)電，冶金鋼鐵企業(yè)電廠同樣可以通過綜合利用煤氣實現(xiàn)無燃油發(fā)電。我國是世界鋼鐵第一生產(chǎn)大國，許多鋼鐵廠都擁有自備電廠，如何將富余的煤氣進(jìn)行有效綜合利用是每個鋼鐵廠的必修課，這既符合國家能源環(huán)保綜合利用的政策要求，也可以降低鋼鐵企業(yè)的噸鋼成本，提高經(jīng)濟效益，也是鋼鐵企業(yè)走循環(huán)發(fā)展的必由之路。