張 帥，朱先亮，王 輝

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪 271104）

1 前言

萊鋼能源動(dòng)力廠型鋼區(qū)目前有3臺(tái)130t/h燃?xì)忮仩t，所用燃料為高焦?fàn)t混合煤氣，根據(jù)煤氣總體平衡測(cè)算，高焦?fàn)t煤氣處于缺短的局面，經(jīng)常出現(xiàn)因煤氣供應(yīng)不足而影響發(fā)電量提升的問(wèn)題。與此同時(shí)萊鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量平均為110m3/t，比國(guó)內(nèi)最高回收量135m3/t鋼還有較大差距，為了充分回收利用轉(zhuǎn)爐煤氣，需要改造現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐煤氣并網(wǎng)方式。公司2013年初將型鋼130t/h鍋爐摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣作為改造項(xiàng)目，旨在消耗50%左右的轉(zhuǎn)爐煤氣。

2 工藝簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)內(nèi)部中等熱值的氣體燃料。熱值在6000～8000k J/m3之間，C O含量gt;50%，熱值遠(yuǎn)高于高爐煤氣，可以單獨(dú)作為工業(yè)窯爐的燃料使用，也可和焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。鑒于此種狀況我們研究決定將轉(zhuǎn)爐煤氣并入鍋爐高爐煤氣管網(wǎng)作為燃?xì)忮仩t的燃料，這樣既可以減少重建轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)、改造鍋爐噴燃器的費(fèi)用，又可以通過(guò)高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣的協(xié)調(diào)調(diào)整來(lái)避免轉(zhuǎn)爐煤氣回收不連續(xù)、間斷使用對(duì)系統(tǒng)及鍋爐燃燒工況的影響。

3 存在問(wèn)題及原因分析

在2013年7月將轉(zhuǎn)爐煤氣并入高爐煤氣管道后，通過(guò)控制轉(zhuǎn)爐煤氣電動(dòng)蝶閥開(kāi)度鍋爐開(kāi)始摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣后，分別經(jīng)歷1#、2#、3#全部摻燒過(guò)程，但轉(zhuǎn)氣摻燒量受高氣壓力波動(dòng)影響較大，絕大多數(shù)時(shí)間摻燒量在3000m3/h以下，極個(gè)別時(shí)間可達(dá)到20000m3/h，但持續(xù)時(shí)間很短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大量摻燒，不能滿足公司的投燒要求。整個(gè)7月共對(duì)轉(zhuǎn)氣蝶閥調(diào)節(jié)約300余次，每天最高次數(shù)達(dá)20次，但轉(zhuǎn)氣摻燒量隨高氣壓力波動(dòng)變化明顯，多數(shù)時(shí)間摻燒量位于2000m3/h以下，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值日平均25000m3/h的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣高容量回收，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

車間通過(guò)查閱煤氣壓力歷史趨勢(shì)得出造成鍋爐摻燒量無(wú)法滿足要求的主要原因是轉(zhuǎn)爐煤氣壓力相對(duì)高爐煤氣壓力偏低，且轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤氣的壓力差波動(dòng)頻繁，隨壓差的不斷變化轉(zhuǎn)氣摻燒量也大幅波動(dòng)且無(wú)法持續(xù)，投燒量無(wú)法保證，達(dá)不到要求。

4 針對(duì)問(wèn)題采取的調(diào)整措施

針對(duì)此種情況，通過(guò)研討與論證，車間本著降低高爐煤氣壓力同時(shí)提高轉(zhuǎn)爐煤氣壓力從而進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)氣與高氣的壓差保證投燒量的方針通過(guò)逐步摸索，進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整采取調(diào)整措施如下：

4.1 因2#鍋爐焦氣可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程燃燒控制，選取2#鍋爐為試驗(yàn)鍋爐。

4.2 在2#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣蝶閥開(kāi)全的基礎(chǔ)上，7月21日下午16：00高氣D N 2000蝶閥自100%開(kāi)度按照5%的比例繼續(xù)壓減，壓減至60%左右時(shí)，高氣支管壓力未出現(xiàn)明顯下降，但轉(zhuǎn)氣、高氣壓差減小，轉(zhuǎn)氣摻燒量有所增加，16：35分，轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒量達(dá)到了25000m3/h，但同樣的開(kāi)度下，8m i n之后，16：43分時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒量降為0，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣大流量穩(wěn)定摻燒的目標(biāo)。

4.3 在轉(zhuǎn)爐煤氣蝶閥全開(kāi)的情況下，車間將2#鍋爐高氣D N 2000總閥均關(guān)至40%～35%之間，出現(xiàn)自鍋爐摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣以來(lái)最大量27440m3/h，仍然同樣的開(kāi)度，14：32分時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣量降為0，此時(shí)轉(zhuǎn)氣壓力8.928k Pa，高氣壓力9.955k Pa，同樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣大流量穩(wěn)定摻燒的目標(biāo)。

4.4 車間在2#鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣蝶閥開(kāi)全的基礎(chǔ)上，高氣D N 2000蝶閥自25%開(kāi)度按照5%的比例繼續(xù)壓減，壓減至10%～15%左右時(shí)，高氣支管壓力由10k Pa降至2.8k Pa（此時(shí)高氣主管壓力10.5k Pa左右，繼續(xù)壓減會(huì)造成支管壓力低于2.5k Pa報(bào)警），轉(zhuǎn)爐煤氣主管壓力降至4.7k Pa左右（轉(zhuǎn)爐站出口壓力6.7k Pa），轉(zhuǎn)爐煤氣摻燒量上升至3.5萬(wàn)m3/h，且能保持穩(wěn)定流量；調(diào)整過(guò)程中，焦氣保安量以上燃燒，鍋爐負(fù)荷115t/h，鍋爐各參數(shù)穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何波動(dòng)或異常，達(dá)到預(yù)期目的。

4.5 運(yùn)行優(yōu)化控制措施

隨著轉(zhuǎn)爐煤氣投燒的大幅增加，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鍋爐負(fù)荷突然急劇升高、爐膛出現(xiàn)大正壓的情況，鍋爐參數(shù)出現(xiàn)“拉鋸式”變化，嚴(yán)重威脅到鍋爐及后續(xù)生產(chǎn)的安全運(yùn)行。因此，我們研究了轉(zhuǎn)爐煤氣的燃料特性，從而作出相應(yīng)的控制措施。

4.5.1 煤氣量定量控制

生產(chǎn)1t、3.82M Pa、450℃的蒸汽所需的熱量Q為：

式中：D——蒸汽產(chǎn)量，k g；

h1——壓力為6.3M Pa，溫度為106℃的給水焓值，查表為507.59k J/k g；

h2——蒸汽參數(shù)為3.82M Pa、450℃的焓值，查表為3333.47k J/k g。

代人公式（1）得：Q=2825880k J

鍋爐的熱效率按87%來(lái)計(jì)算，則：

生產(chǎn)1t蒸汽所需轉(zhuǎn)爐煤氣量為：

V=Q/7526/87%=458m3

因此，我們通過(guò)對(duì)高爐煤氣總管閥的開(kāi)度控制，根據(jù)鍋爐負(fù)荷加減量的要求，對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣實(shí)行定量控制，確保不出現(xiàn)參數(shù)大幅波動(dòng)情況。

4.5.2 風(fēng)量定量控制

轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒化學(xué)方程式為：

2 C O＋O2＝2 C O2完全燃燒1m3C O需0.5m3氧氣

2 H2＋O2＝2 H2O完全燃燒 1m3H2需 0.5m3氧氣

結(jié)合燃料成分，所以完全燃燒1m3轉(zhuǎn)爐煤氣理論氧氣量為：

0.504×0.5+0.026×0.5－0.011＝0.254m3

因空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%，則需空氣0.254/0.21＝1.2095m3

考慮過(guò)量空氣系數(shù)，α取1.1（爐膛出口煙氣含氧量按2%計(jì)算），則燃燒1m3轉(zhuǎn)爐煤氣需要的送風(fēng)量為1.2095×1.1＝1.3306m3（空氣），轉(zhuǎn)爐煤氣熱值為 6686k J/m3。

折合燃用轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)生每G J熱量須消耗空氣1.3306×1000/6.686=199 m3（理論須空氣量為199/1.1=181m3）。

從煤氣成份及燃燒過(guò)程計(jì)算來(lái)看，產(chǎn)生熱量主要靠C O，產(chǎn)生相同熱量所需風(fēng)量相差很小，在蒸汽負(fù)荷、鍋爐效率、送風(fēng)量不變的情況下，燃料由高爐煤氣全轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)爐煤氣后，過(guò)量空氣系數(shù)為218/181=1.2，對(duì)應(yīng)爐膛出口煙氣含氧量為3.5%；而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐煤氣并網(wǎng)量低于30000m3/h，與高爐煤氣燃料比例低于1：2，若在全燃用高爐煤氣時(shí)控制爐膛出口煙氣含氧量2%，則轉(zhuǎn)爐煤氣并網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，爐膛出口煙氣氧量必然在2%～2.75%范圍內(nèi)，因此，在投燒轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí)，鍋爐風(fēng)量不需進(jìn)行調(diào)節(jié)就能使燃料完全燃燒，即定風(fēng)量控制只需對(duì)引風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)便可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

5 效果檢查

自2#鍋爐高氣D N 2000蝶閥壓減至10%～15%左右時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣壓力總能保持高于高氣壓力，在轉(zhuǎn)爐煤氣允許摻燒的情況下能實(shí)現(xiàn)25000m3/h以上的持續(xù)摻燒，8、9、10三個(gè)月?lián)綗糠謩e達(dá)到1500、1530、1420萬(wàn)m3，摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣總量與有效摻燒時(shí)間的比值超過(guò)25000m3/h，達(dá)到27000m3/h，且鍋爐能保持安全穩(wěn)定燃燒，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算：鍋爐8、9、10月共摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣44500×103m3；按 1000m3轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)汽 2t、發(fā)電汽耗為42.34t/（萬(wàn)k W·h）、1萬(wàn)k W·h發(fā)電效益1000元計(jì)算，可創(chuàng)效益Q=44500×103m3×2t/1000m3÷42.34t/（萬(wàn)k W·h）×1000元/（萬(wàn)k W·h）=210.2萬(wàn)元。

按此估算年度效益約為840萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將轉(zhuǎn)爐煤氣作為燃料應(yīng)用于鍋爐，不僅豐富了鍋爐的燃料種類，有效降低了對(duì)高、焦?fàn)t煤氣的依賴性，提高了煤氣系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，而且更合理高效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，減少轉(zhuǎn)爐煤氣放散量，提升萊鋼自發(fā)電總量，保證了蒸汽動(dòng)力的連續(xù)安全穩(wěn)定供應(yīng)。

[1]葉江明.電廠鍋爐及設(shè)備[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]韓昭滄.燃料及燃燒學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[3]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]余建祖.換熱器原理與設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.