我國高爐煤氣鍋爐的運行特性分析

　　1　高爐煤氣的特性

　　1.1高爐煤氣的成分及發熱量

　　　　高爐煤氣是在高爐生產的過程中焦炭經氣化后轉變而得的。高爐煤氣中含有大量的N2和CO2，其主要可燃成分為CO，與其它動力燃料相比它是一種低熱值燃料。燃用高爐煤氣所產生的火焰輻射力較低，同時燃用高爐煤氣時與燃用煤和油時不同，煙氣中不含有碳黑和灰粒，僅依靠煙氣中的三原子氣體傳遞輻射熱，因而高爐煤氣燃燒后所產生的煙氣自身的輻射力弱，與燃用煙煤的鍋爐相比全燃高爐煤氣的鍋爐的傳熱能力下降60%左右。

　　1.2高爐煤氣燃燒的穩定性

　　　　在常壓下，高爐煤氣著火溫度為530℃～650℃，在室溫及常壓下著火濃度極限為35%～71%.高爐煤氣的著火濃度隨溫度升高其范圍會變寬。由于其火焰溫度較低，而且高爐煤氣中含有大量惰性氣體使火焰傳播速度減慢，著火和穩定燃燒都比較困難。但一旦達到著火穩燃的條件，燃燒還是相當迅速的。

　　1.3高爐煤氣燃燒煙氣量

　　　　全燒高爐煤氣鍋爐煙氣量大，表3為產生1MJ燃燒熱燃料燃燒煙氣量。相同熱負荷情況下，高爐煤氣燃燒所產生的煙氣量比其它燃料燃燒所產生的煙氣量多30%～60%.燃用高爐煤氣產生的煙氣量多，因而煙氣的流速加快，對流換熱量正比與煙氣流速的V0.8，對流加熱面的換熱強度勢必加強，易引起對流過熱器超溫同時排煙損失也較大。

　　1.4安全性

　　　　高爐煤氣是一種有毒氣體，一旦泄露聚集會引起中毒，甚至爆炸事故，因此高爐煤氣的輸送系統及燃燒設備等要求嚴格密封。高爐煤氣常溫常壓下著火濃度為35%～71%，在此范圍內高爐煤氣存在爆炸的可能，所以一般規定輸送管道中的氧濃度小于5%。

　　2　高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐簡介高爐煤氣燃燒特性不同，所以為了組織好高爐煤氣的燃燒，全燃高爐煤氣鍋爐必燃有其相應特點。

　　2.1基本結構

　　　　高爐煤氣屬于氣體燃料，所以全燃高爐煤氣鍋爐在一定程度上帶有燃氣鍋爐的屬性，但它也有因高爐煤氣熱值低所帶來的特有的結構特點。結構特點：

　　（1）爐膛采取雙縮腰結構，將燃燒區與非燃燒區分隔開，燃燒區敷設衛燃帶，保證燃燒區域局部高溫。

　　（2）省煤器采用兩級省煤器非沸騰式省煤器加上沸騰式省煤器，以補充爐膛蒸發量不足。

　　（3）高爐煤氣和助燃空氣同時預熱，提高鍋爐效率，強化燃燒。

　　另外韶山鋼鐵公司松山鋼鐵分公司高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐的結構與鍋爐略有不同。該鍋爐未將燃燒區單獨隔開，但在燃燒中心區加入蓄熱穩燃器，其目的也是為了加強穩定高爐煤氣燃燒的穩定性。

　　2.2燃燒裝置

　　　　高溫高壓全燃高爐煤氣的鍋爐選擇的高爐煤氣燃燒器基本都是雙旋流燃燒器。布置方式多選前后墻對沖布置，也有選擇四角布置的。雙旋流燃燒器能夠在大燃燒負荷下保證高爐煤氣和助燃空氣均勻混合穩定燃燒。高爐煤氣和空氣分別進入內外套管該燃燒器的特點：

　　（1）著火性能良好，燃燒穩定；

　　（2）阻力特性好，總阻力水平低，能夠適應高爐煤氣壓力在一定范圍的波動；

　　（3）單只燃燒器的功率大，負荷調節性好。

　　3　高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐的運行特性

　　3.1低負荷運行

　　　　高爐煤氣雖然發熱量低，理論燃燒溫度低，著火、穩定燃燒困難，但一旦具備著火和穩燃的條件，燃燒相當迅速，火炬很短。高溫高壓全燃煤氣的鍋爐采用了雙旋流燃燒器，單獨分隔開的燃燒區（或高溫蓄熱穩燃裝置），空氣和燃料同時預熱來強化、穩定高爐煤氣的燃燒。達到了良好的效果，具有很強的低負荷運行適應能力。尤其是雙旋流燃燒器——高爐燃氣和空氣在環行通道中作螺旋運動，離開燃燒器時，在離心力的作用下進行紊流擴散形成環行氣流，并從內外兩側卷吸周圍介質。兩股氣流之間存在相對速度混合強烈。盡管擴散燃燒的火焰溫度不高，但較均勻，火焰穩定性好。由于兩股氣流離開燃燒器后均存在切向速度。氣流的擴散角增大，有利于中心回流區卷吸高溫煙氣，利于高爐煤氣的點燃和增加了火焰穩定性。使得在高爐煤氣量驟減時，鍋爐在低負荷（20%～30%）仍能不用輔助燃料穩定運行。

　　無論負荷為多少，其燃燒器的出力基本維持不變。即當負荷減少至20%MCR時，可通過減少投入燃燒器的只數，來調節每只燃燒器的出力維持基本不變。這樣就能保證湍流燃燒時，保持較高的雷諾數Re，也就保證了較高的湍流火焰傳播速度，只要湍流火焰傳播速度不小于燃燒器出口高爐煤氣的氣流速度，就不會產生脫火現象，燃燒就是穩定的。鍋爐在負荷減至20%～30%MCR時，仍能不需要投油助燃，高爐煤氣燃燒依然穩定。韶山鋼鐵公司松山鋼鐵分公司高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐也能達到30%MCR的低負荷運行能力。不過需要注意的是低負荷運行時應盡量保證單只燃燒器的負荷亦即燃料量和燃料濃度以保證燃燒的穩定性。

　　3.2燃燒風量的控制

　　　　高爐煤氣中的可燃物的含量較少，每m3（標準狀態）高爐煤氣的理論空氣量僅0.6m3.高爐煤氣燃燒時火焰的傳播速度是決定燃燒工況是否穩定的一個重要參數。對于不同組分的高爐煤氣火焰的傳播速度不同，火焰的傳播速度除與燃料特性，實際燃燒溫度等有關，還與燃料燃燒時的空氣系數有關。根據有關實驗結果，它們的關系如下：高爐煤氣火焰傳播速度在過剩空氣系數0.6～1.0左右達到最大，氣體燃料的濃度在化學當量比處或稍富側火焰傳播速度最快，穩定性最強。同時空氣量還對鍋爐的溫度有一定影響，助燃空氣量過大反而會降低鍋爐溫度，同時會增加排煙損失。所以高爐煤氣鍋爐在運行時從穩定燃燒的角度宜采用低過量空氣系數燃燒方式。一般建議控制在不超過1.05.實際運行中還可通過觀察火焰的顏色及尾部CO的含量的變化來控制空氣量，在確保燃料完全燃燒的前提下盡量降低空氣量。這對于在低負荷時穩定運行，滿負荷時減少排煙損失都極有益處。（全燃高爐煤氣的鍋爐煙氣量是燃煤鍋爐1.8倍）。

　　3.3高爐煤氣壓力熱值對鍋爐運行的影響

　　　　高爐爐況及高爐煤氣的用戶的波動將會導致高爐煤氣壓力、熱值產生一定幅度的波動，當熱值上揚，鍋爐的汽壓變化大于汽溫變化；而熱值下降鍋爐汽溫的變化比汽壓更敏感。高爐煤氣壓力突然變化也會對鍋爐運行產生巨大的影響，有時會導致滅火。針對煤氣壓力波動問題，目前比較好的解決方法是在鍋爐前增加設立壓力式儲氣罐以達到氣壓穩定的目的。對于高爐煤氣熱值波動問題，諸如熱值突升應注意及時減少每個燃燒器的熱負荷，保持爐膛的負壓以免燃燒器過負荷損壞。若熱值突降應做好爐膛突然熄火的準備。

　　3.4鍋爐運行的安全性

　　　　由于高爐煤氣是無色、無味、有毒的可燃氣體。高爐煤氣中大概含有25%的一氧化碳（CO），其主要毒性也來源于此，如泄漏出來，極易引起中毒事件。含N2和CO2之和在70%會給人造成喘息（氧含量很低）和窒息。高爐煤氣與空氣混合到一定比例，遇明火或700℃左右的高溫就會發生爆炸。這一點是我們在使用高爐煤氣時，必需加以注意的。大致總結如下：

　　（1）在日常巡檢時，運行人員必須配備高靈敏度的煤氣報警儀，并能正確使用。

　　（2）在運行中，嚴格執行高爐煤氣輸送裝置氮氣置換及吹掃制度，避免高爐煤氣中含有氧氣，防止爆炸的發生。

　　（3）對高爐煤氣水封閥一定要加強監視，確保無高爐煤氣泄露；尤其在檢修插堵板前，必須封上大水封，并用煤氣報警儀認真檢測，確定無煤氣泄漏時方可插盲板。

　　（4）由于高爐煤氣是高爐的副產品，它的參數取決于高爐運行工況，高爐煤氣壓力及熱值會有較大幅度的變化，所以必須嚴格執行運行規程，禁止隨意解除煤氣高低壓力、高低熱值保護。這對于防止煤氣爆炸來說，尤為重要。

　　（5）大部分事故皆來源于麻痹大意，同樣也是高爐煤氣鍋爐安全運行的最大敵人，我們必須時刻提醒自己：高爐煤氣是無色、無味、有毒的可燃氣體同時也容易發生爆炸。

　　4　結　語

　　　　全燃高爐煤氣(燃氣)的高溫高壓鍋爐已先后在首都鋼鐵公司，上海威鋼煤氣公司等投入運行。掌握高爐煤氣特點，安全高效應用高爐煤氣在電力缺乏、煤炭市場緊張及高環保要求的今天，全燃高爐煤氣鍋爐的存在極具價值。  燃氣部/汪莉