許清波,劉彥豐,崔向陽(yáng)

(1.華北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,保定071003;2.廣州環(huán)保技術(shù)設(shè)備有限公司,廣州510660)

吉林長(zhǎng)山化肥集團(tuán)有限公司在2003年11月進(jìn)行了恩德粉煤氣化改造,改造后由于恩德粉煤氣化爐采用循環(huán)流化床氣化方法氣化溫度低,煤氣中甲烷含量高達(dá)1.8%～2.8%,造成合成氨生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的合成吹除氣量過(guò)大,達(dá)到4 000 m3/h。合成吹除氣的主要成分是CH4,H2,N2和少量的氨氣,其熱值約為13 MJ/m3,是一種可利用的低熱值煤氣。為了利用合成吹除氣實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,長(zhǎng)山化肥成功地對(duì)公司已有的2臺(tái)35 t/h鏈條爐進(jìn)行了摻燒低熱值煤氣燃燒技術(shù)改造,改造后鏈條爐運(yùn)行穩(wěn)定,節(jié)能效果良好,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。本文將介紹改造的方法以及改造后使用情況。

動(dòng)力廠目前運(yùn)行的2臺(tái)35 t/h鏈條爐鍋爐,為武漢鍋爐股份有限公司制造,型號(hào)為WGZ-35/3.82-5。鍋爐的原設(shè)計(jì)燃料為褐煤,消煤量 9 604 kg/h;鍋爐的給水溫度104℃,排煙溫度150℃,鍋筒的工作壓力為4.22 MPa;生產(chǎn)的過(guò)熱蒸汽額定壓力為3.82 MPa,額定溫度為450℃;鍋爐設(shè)計(jì)熱效率為88.36%。改造要求該鍋爐能夠摻燒氮肥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的低熱值合成吹除氣,燃用由層燃褐煤、室燃褐煤粉和合成吹除氣組成的混合燃料,按熱值百分比褐煤占燃燒份額的70%,合成吹除氣占燃燒份額的30%,其中褐煤的低位發(fā)熱量18 175 kJ/kg,煤粉成分見(jiàn)表1,合成吹除氣的低位發(fā)熱量為12 980 kJ/m3,成分見(jiàn)表2。

表1 煤粉成分質(zhì)量百分比%

表2 合成吹除氣的成分體積百分比/%

鏈條爐具有安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便、熱效率較高和消煙除塵簡(jiǎn)便等特點(diǎn),但是改造前只能燃燒褐煤,不能燃燒氣體燃料,鏈條爐摻燒煤氣后燃燒方式為燃?xì)鉄o(wú)焰燃燒加燃料煤層燃燃燒,以燃煤為主。氣體燃燒器采用擴(kuò)散式燃燒器,型式為蝸殼式送風(fēng),周邊供氣。

對(duì)于低熱值煤氣燃燒,在著火期間宜推遲煤氣與空氣的混合以使煤氣能達(dá)到一定的濃度而著火,燃燒期間宜加強(qiáng)煤氣與空氣的混合,以利燃盡和減少煙氣產(chǎn)生量。氣體燃燒器按燃燒方式可分為擴(kuò)散式燃燒器、半預(yù)混式燃燒器和預(yù)混式燃燒器。預(yù)混式燃燒器燃?xì)馀c一次風(fēng)完全混合經(jīng)燃燒器噴入爐內(nèi)燃燒,雖然燃燒完全,燃燒效率高,燃燒熱強(qiáng)度大,但是要求燃?xì)鉄嶂导懊芏确€(wěn)定,發(fā)生回火可能性大,調(diào)節(jié)范圍小,燃用低熱值的燃?xì)饪赡茉斐擅簹鉂舛鹊陀谥鹣孪?。研究表明?duì)于低熱值煤氣燃燒宜采用擴(kuò)散燃燒方式,擴(kuò)散式燃燒器燃?xì)庵胁活A(yù)混空氣,燃?xì)饨?jīng)過(guò)燃燒器噴入爐內(nèi),借助擴(kuò)散作用與空氣邊混合邊燃燒,燃燒器的結(jié)構(gòu)緊湊,體形較輕,熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大,要求的燃?xì)鈮毫^低,易于實(shí)現(xiàn)煤—?dú)饴?lián)合燃燒;其缺點(diǎn)是火焰較長(zhǎng)。

改造使用的燃燒器最大出力按照目前的供氣量2 000 m3/h考慮,每臺(tái)爐按設(shè)置兩臺(tái)燃燒器計(jì)算,每個(gè)燃燒器的最大出力為1 000 m3/h。根據(jù)安全、可靠和高效原則,將燃燒器布置在鍋爐兩側(cè)墻,以鍋爐中心線為對(duì)稱布置,標(biāo)高約為1.55 m處從鍋爐兩側(cè)墻原觀火孔處向爐后斜向噴進(jìn),燃燒器與爐膛縱向中心線成35°,安裝時(shí)將原側(cè)墻觀火孔取消,水冷壁讓管。這樣便于燃?xì)夤苈芳翱諝夤苈返募胁贾?既經(jīng)濟(jì)節(jié)約,又便于操作。在燃?xì)庀到y(tǒng)管路中設(shè)置有閘閥、燃?xì)夤苈分性O(shè)有置換和排空管路,排空管路接出室外。臺(tái)燃燒器前的風(fēng)管分別配置可調(diào)風(fēng)門。燃?xì)庠跔t內(nèi)燃燒時(shí),過(guò)量空氣系數(shù)為1.10,燃?xì)馑璧膲毫?～4 kPa,空氣所需的壓力2～3 kPa,空氣分別取自左右一次熱風(fēng)道。為避免由于煤氣壓力低產(chǎn)生回火,設(shè)置防回火器。為避免爆炸點(diǎn)火前必須吹掃干凈,熄火后必須迅速斷燃料,防止造成爐膛和后部煙道爆炸。

鏈條爐摻燒合成吹除氣燃燒后,爐內(nèi)燃燒情況穩(wěn)定,各設(shè)計(jì)參數(shù)沒(méi)有太大變化,鍋爐帶負(fù)荷能力完全達(dá)到原設(shè)計(jì)能力,鍋爐給煤機(jī)轉(zhuǎn)速下降80 r/min左右,節(jié)省發(fā)熱量為20 MJ/kg的長(zhǎng)焰煤2 t/h。而且當(dāng)煤與吹除氣摻燒時(shí),增強(qiáng)了爐膛內(nèi)的擾動(dòng)和混合,促進(jìn)了漂浮在爐膛內(nèi)的煤粉末的燃盡,故排煙初始濃度降低,有效解決了鍋爐冒黑煙問(wèn)題。拋煤機(jī)鏈條爐摻燒合成吹除氣后,提高了鍋爐著火和燃燒的穩(wěn)定性。爐排上方空間有合成吹除氣燃燒形成的高溫火焰和熾熱氣流,爐排上有燃燒的煤層,當(dāng)新燃料被拋到爐排上時(shí),立即受到上下兩方面的加熱,使很難著火的煤也能在爐排上順利著火,高效燃燒。爐排上穩(wěn)定的燃燒火床,又是吹除氣著火的可靠火源,避免了煤氣的著火與打炮問(wèn)題。熱值約為12 980 kJ/m3的1 m3的合成吹除氣可以折算為0.442 86 kg標(biāo)準(zhǔn)煤,每年按7 000 h計(jì),摻燒煤氣可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為12 400 t。如果低位發(fā)熱量為20 934 kJ/kg的原煤價(jià)格按 290元/t計(jì)算,年節(jié)約燃料費(fèi)用為503.44萬(wàn)元。

合成吹除氣在拋煤機(jī)鏈條爐應(yīng)用節(jié)能效果顯著,通過(guò)摻燒燃燒技術(shù)改造后,鏈條爐運(yùn)行穩(wěn)定,鍋爐出力好,燃燒效率提高,熱效率提高,鍋爐排煙原始含塵減低,排煙除塵效果好,既有經(jīng)濟(jì)效益,又有環(huán)保效益。