張永福,王 琴

1 引言

低氮燃燒是采用水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)，與爐內(nèi)垂直水平分級(jí)燃燒相結(jié)合形成復(fù)合低NO x排放的燃燒系統(tǒng)，促進(jìn)四角切圓鍋爐運(yùn)行性能得到有效改善，同時(shí)通過(guò)實(shí)行有效的分級(jí)燃燒時(shí)（采用高位燃盡風(fēng)），獲得優(yōu)良的鍋爐運(yùn)行性能。

焦?fàn)t煤氣（Coke Oven Gas,以下簡(jiǎn)稱(chēng)COG）作為鋼鐵行業(yè)煉焦附產(chǎn)品，以其高熱值特性被廣泛使用。但由于在燃燒過(guò)程中耗氧量大，如果大比例摻燒對(duì)低氮燃燒系統(tǒng)影響較大，如何合理布置COG燒嘴位置是一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)課題，本文針對(duì)摻燒煤氣鍋爐在低氮燃燒器改造中，如何做好大比例摻燒COG而開(kāi)展的實(shí)踐和應(yīng)用工作。

2 運(yùn)行現(xiàn)狀

馬鋼熱電總廠新區(qū)12#煤粉爐是東方鍋爐工業(yè)集團(tuán)有限公司制造的DGJ480/13.7-M型煤粉鍋爐，設(shè)計(jì)最大可摻燒13萬(wàn)m3/h高爐煤氣（Blast furnace gas,以下簡(jiǎn)稱(chēng)BFG），四角切向燃燒，單汽包，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼架結(jié)構(gòu)懸吊布置的Π型汽包鍋爐。燃燒器采用固定式水平濃淡煤粉燃燒器，采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配4臺(tái)中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)型號(hào)：HP683，設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90＝20%。

根據(jù)煤氣管網(wǎng)平衡情況，實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常需要12#煤粉爐在摻燒BFG基礎(chǔ)上，再摻燒COG2.0萬(wàn)m3/h，同時(shí)BFG中還摻有少量轉(zhuǎn)爐煤氣 (Linz-Donawitz Process Gas,以下簡(jiǎn)稱(chēng)LDG)，上述三種煤氣特性參數(shù)見(jiàn)表1。

說(shuō)明：大比例摻燒焦?fàn)t煤氣，意味著 2.0萬(wàn)m3/h的摻燒量相當(dāng)于鍋爐總熱量20%，也就是說(shuō)增加2.0萬(wàn)m3/h焦?fàn)t煤氣后，12#鍋爐摻燒煤氣熱值總量超過(guò)鍋爐熱負(fù)荷50%。

表1 高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣特性參數(shù)

鍋爐脫硫系統(tǒng)運(yùn)行正常，但無(wú)脫硝裝置，2014年3月利用機(jī)組大修期間，進(jìn)行爐內(nèi)低氮燃燒改造，提高焦?fàn)t煤氣摻燒比例、同時(shí)實(shí)施選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）改造。

3 低NOX燃燒改造方案說(shuō)明

針對(duì)480 t/h鍋爐燃燒設(shè)備布置情況，在安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠等基礎(chǔ)上進(jìn)行低NOx燃燒改造。根據(jù)現(xiàn)代優(yōu)化燃燒和低NOx排放燃燒技術(shù)：

①燃燒器采用水平布置的對(duì)置丘體式高濃縮比燃燒器；

②根據(jù)新的風(fēng)量配比重新設(shè)計(jì)二次風(fēng)噴口；

③爐內(nèi)縱向高度方向預(yù)留大空間還原區(qū)間；

④增設(shè)兩層SOFA燃盡風(fēng)噴口。將爐膛內(nèi)燃燒人為的劃分為三個(gè)區(qū)域：主燃燒區(qū)、NOx還原區(qū)和可燃質(zhì)燃盡區(qū)，詳細(xì)見(jiàn)圖1。依據(jù)區(qū)域劃分合理配風(fēng)：主燃燒區(qū)域欠氧燃燒（a<1即供入總風(fēng)量的82.5%；燃盡區(qū)域過(guò)氧燃燒，即供入總風(fēng)量的27.5%）。此種技術(shù)的利用，最大限度的優(yōu)化了爐內(nèi)燃燒、并可在不降低鍋爐效率前提下大幅度降低NOx生成和排放。

4 焦?fàn)t煤氣燒嘴布置形式分析

圖1 鍋爐主燃燒區(qū)、NOX還原區(qū)、可燃質(zhì)燃盡區(qū)

鍋爐四角燃燒器布置情況，見(jiàn)圖2，從燃燒器布置情況來(lái)看，增加2.0萬(wàn)m3/hCOG燒嘴只有放在AB層（油點(diǎn)火層）和CD層（助燃油層），取消原來(lái)的燃油系統(tǒng)。從燃燒穩(wěn)定性和風(fēng)量均衡性分析，2.0萬(wàn)m3/hCOG平均分為二層布置，每層增加1.0萬(wàn)m3/h較為合理。

但考慮到COG為易燃易爆、有毒有害氣體，運(yùn)行安全控制要求很高，如果是二層布置，控制系統(tǒng)快切裝置和調(diào)節(jié)裝置就要增加一倍，同時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置情況來(lái)看，管道布置也十分困難，因此，分二層布置方式很難實(shí)施。

另外，通過(guò)分析，COG布置位置對(duì)低氮燃燒和鍋爐影響有以下因素：COG熱值為16580 kJ/m3僅次于燃煤熱值，當(dāng)最大摻燒2.0萬(wàn)m3/h COG時(shí)，需要空氣量80220 m3/h（a=1），需要減少燃煤供應(yīng)量接近20%，從風(fēng)量調(diào)整和爐膛熱負(fù)荷強(qiáng)度分布來(lái)分析，就要相應(yīng)停止一層一次風(fēng)燃燒器。如果我們將COG燃燒器布置在AB層，那么，就需要停用A層或者是B層一次風(fēng)燃燒器，此時(shí)燃燒器運(yùn)行狀況為：二層BFG、AB層COG、A層或者是B層一次風(fēng)燃燒器，再加上C層或者是D層一次風(fēng)燃燒器，這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，鍋爐燃燒區(qū)域過(guò)分集中在爐膛下部，火焰中心大幅度下移，造成蒸汽溫度難已控制。低氮燃燒技術(shù)中燃料分級(jí)原理告訴我們：主燃料（煤）應(yīng)該在主燃燒區(qū)燃燒，氣體燃料須分布在主燃區(qū)邊緣。如果COG布置在AB層，這與降氮燃燒技術(shù)中的燃料分級(jí)原理相違背。

綜上所述：對(duì)于12#鍋爐而言，大比例摻燒COG噬嘴的合理布置應(yīng)在CD層比較科學(xué)合理。

5 大比例摻燒時(shí)燃燒調(diào)整

由于此鍋爐設(shè)計(jì)是以煤為主要燃料，摻燒煤氣量最大不超過(guò)30%（按熱值比），此次大比例摻燒后，摻燒煤氣總量將超過(guò)50%，因此，二種極端工況運(yùn)行調(diào)整就顯得尤為重要。如果是摻燒煤氣量不超過(guò)30%，運(yùn)行調(diào)整控制同正常情況相同，沒(méi)有特別要求，如果是摻燒煤氣量超過(guò)30%，特別是在最大比例摻燒情況下，要做好以下幾方面調(diào)整：

①磨煤機(jī)運(yùn)行方式：由于煤氣摻燒量增減，燃煤量將減少，此時(shí)只能投用A層和B層制粉系統(tǒng)，嚴(yán)禁使用C層或者是D層制粉系統(tǒng)，否則的話(huà)鍋爐汽溫、飛灰含碳量將會(huì)上升較快，鍋爐效率將會(huì)大幅度下降。

②二次風(fēng)量調(diào)整：此次低氮改造在主燃區(qū)域上方角水冷壁管屏開(kāi)孔，增設(shè)兩層SOFA燃盡風(fēng)噴口，作為燃盡風(fēng)使用，在大比例摻燒煤氣合，由于C層好D層制粉系統(tǒng)沒(méi)有投用，所以二次風(fēng)量控制就要做相應(yīng)的調(diào)整，具體風(fēng)門(mén)控制見(jiàn)表2。

表2 二次風(fēng)門(mén)擋板控制方法

大修后通過(guò)鍋爐穩(wěn)定性試驗(yàn)和性能試驗(yàn)，證明，此次大比例摻燒COG的改造，對(duì)低氮燃燒和鍋爐效率的影響相對(duì)較小，改造達(dá)到預(yù)期效果。

6 結(jié)論

（1）針對(duì)摻燒高熱值COG而言煤氣鍋爐而言，只要布置合理，較大比例摻燒不會(huì)影響運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性；

（2）在大比例摻燒COG時(shí)，燃煤用量將會(huì)大幅度下降，此時(shí)應(yīng)同步做好鍋爐負(fù)荷、磨煤機(jī)運(yùn)行方式調(diào)整和二次風(fēng)量調(diào)整，杜絕超負(fù)荷現(xiàn)象發(fā)生，否則會(huì)造成鍋爐效率下降和受熱面磨損增加；

（3）如果摻燒比例進(jìn)一步增加，只要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置進(jìn)一步優(yōu)化，可以考慮分層布置。

總之，對(duì)于摻燒煤氣鍋爐低氮燃燒改造而言，如果燃燒器布置合理、燃料量和風(fēng)量調(diào)整及時(shí)到位，就能夠保證NOx達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)也能夠保證在最大摻燒煤氣工況下鍋爐效率相對(duì)穩(wěn)定。