1、前  言
    高爐煤氣是冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大，熱值低，燃燒相對困難，且有一定的毒性，受其燃燒和化學(xué)特性的限制，要作為日常燃料輸送和燃燒有相當(dāng)?shù)碾y度。據(jù)統(tǒng)計，高爐每消耗1t焦碳可產(chǎn)生3800—4000 m3高爐煤氣，大型鋼廠焦鐵比約為0.36，年產(chǎn)200—300萬t鋼，高爐煤氣產(chǎn)量高達(27～41)×10⁸m3，除去高爐本身加熱空氣消耗約50%，剩余的高爐煤氣達(14～21)×10⁸m3。為節(jié)約能源、降低成本、減少環(huán)境污染，把高爐煤氣作為鍋爐燃料是一種適宜的選擇。但由于鍋爐大都屬于燃煤鍋爐，燃料的改變使燃燒工況發(fā)生很大的變化。為使其安全穩(wěn)定運行，必須對鍋爐結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的技術(shù)改造，以適應(yīng)燃用高爐煤氣的需要。
2、高爐煤氣的燃燒特性
    高爐煤氣的可燃成分主要是co，容積含量約為30%，由于含有大量N2和C02（占63%～70%），故發(fā)熱量較低，僅為3 762～4180 kj/m3，著火溫度530～650 ℃，還含有大量惰性氣體，故著火困難；燃燒溫度不高，理論燃燒溫度約為1200℃，比煤低很多，低熱值特性高爐煤氣火焰溫度不高，鍋爐爐膛溫度水平降低。惰性氣體阻礙可燃成分與空氣的充分混合，減緩燃燒化學(xué)反應(yīng)速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣�，從而使煤氣燃燒難以完全，而且燃燒穩(wěn)定性差，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
3、高爐煤氣與燃煤的燃燒特性差異
3.1爐內(nèi)火焰輻射傳熱特性差異
    高爐煤氣燃燒后的煙氣中以co2為主，約占90%，C02在紅外光譜區(qū)的某些光帶內(nèi)具有一定的輻射和吸收能力，但輻射傳熱比燃煤時弱。
3.2煙氣量的差異
    由于高爐煤氣熱值低、惰性氣體含量高，耍保證鍋爐具有燃煤時的蒸發(fā)量，必然要送入大量的高爐煤氣，從而導(dǎo)致爐內(nèi)煙氣量大大增加。
3.3熱有效系數(shù)的差異
    相對燃煤而盲燃氣比較干凈，受熱面的積灰和污染比燃煤時減輕，故傳熱系數(shù)和熱有效系數(shù)增加。根據(jù)熱力計算標(biāo)準(zhǔn)，煙氣進口溫度大于400℃的對流受熱面，熱有效系數(shù)取0. 85，燃煤時一般取0.55—0.7。但應(yīng)注意：當(dāng)燃煤改燃氣時如果受熱面沒有吹掃干凈，則熱有效系數(shù)只能按燃煤時�。桓郀t煤氣含塵量大且細密，運行時間過長，熱有效系數(shù)將小于0. 85，應(yīng)考慮定時吹灰。
4、燃煤改燒高爐煤氣的技術(shù)關(guān)鍵
4.1燃燒器選擇及其布置
    選擇煙氣卷吸性能好、能強化著火初期燃燒、穩(wěn)燃性好的燃燒器，如預(yù)燃室開縫鈍體燃燒器。眾所周知，鈍體具有很好的卷吸穩(wěn)燃性能，同時，該燃燒器又因鈍體中間開縫流人空氣給燃燒初期補充了大量的氧氣而強化了著火初期的燃燒，因此，著火點離燃燒器噴口很近。甚至在燃燒器內(nèi)已大部分完成燃燒。開縫鈍體燃燒器的這一著火燃燒性能剛好適應(yīng)了低熱值煤氣的燃燒要求。
    由于高爐煤氣爐內(nèi)輻射能力差，為增加水冷壁的吸熱量，可考慮采用壓低火焰中心、增大切圓的辦法，以增大氣流充滿度，延長可燃物在爐內(nèi)的停留時間，強化煙氣對水冷壁管的直接沖涮，增加水冷壁的對流吸熱量。
4.2凝渣管改造
    為增加爐內(nèi)的吸熱量，降低爐膛出口的煙氣溫度，可考慮通過增加凝渣管排數(shù)的方式來增加輻射受熱面積，采用這種方法同時還可帶來強化對流傳熱的好處。計算表明75t/h燃煤鍋爐凝渣管每增加1排可增加受熱面積約13m2。該鍋爐凝渣管的縱橫向節(jié)距較寬，為這一改造提供了可能。
4.3省煤器改造
    為降低排煙溫度，提高鍋爐效率，必須增加鍋爐尾部受熱面，尾部受熱面中以高溫省煤器傳熱溫差最大，因此增加高溫省煤器的面積效果最佳。
4.5尾部煙道系統(tǒng)改造
    由于高爐煤氣發(fā)熱量低、惰性氣體含量高，因此燃用高爐煤氣時，鍋爐的煙氣量及阻力都將增加，為此，一般須考慮擴大尾部煙道流通面積降低流動阻力及增加引風(fēng)機引風(fēng)能力。
5、燃煤鍋爐改燒高爐煤氣的工程實踐
5.1鍋爐簡介及改造要求
    某鋼鐵公司熱電廠WG275/39-6鍋爐設(shè)計燃料為煤粉與煤氣混合燃料，鋼球磨煤機中間儲倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，直流燃燒器四角切圓燃燒。改造前因煤氣供應(yīng)量很少，實際運行時以燒煤粉為主。
    應(yīng)廠方要求，改造時按全燒煤氣（混合煤氣／高爐煤氣-1/13.8）進行設(shè)計，煤氣的燃料特性如表1所示，并要求當(dāng)煤氣不足時能實現(xiàn)煤粉與煤氣混燒，以保證出力要求。全燒煤氣時鍋爐的主要技術(shù)指標(biāo)為：過熱汽流量≥65 t/h、鍋爐熱效率≥80%、排煙溫度≤180'C、過熱汽溫不超溫、引風(fēng)機出力滿足出力要求。
5.2改造方案
5.2.1燃燒器改造
    為提高燃燒效率及增加水冷壁的對流吸熱量，對其總體布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計作了以下調(diào)整：a．考慮到煤氣量不足時仍要求鍋爐能滿出力運行，設(shè)計時仍保留了2個煤粉噴口、1個二次風(fēng)噴口及頂部的三次風(fēng)噴口，其結(jié)構(gòu)及布置與改造前相同；b．燃燒器采用預(yù)燃室開縫鈍體燃燒器為壓低火焰中心，增大氣流充滿度，延長可燃物在爐內(nèi)的停留時間，高爐煤氣噴嘴出口軸線在水平方向偏轉(zhuǎn)25。，垂直方向向下偏轉(zhuǎn)25口,混合煤氣噴嘴在水平方向偏轉(zhuǎn)15。，向下偏轉(zhuǎn)15。；c．煤氣燃燒器采用了大切圓布置，如圖1所示，高爐煤氣燃燒器的假想切圓直徑為∮=4 047 mm，混合煤氣燃燒器的假想切圓直徑=2 087 mm。大切圓布置可大大強化煙氣對水冷壁管的直接沖涮，增加水冷壁的對流吸熱量。
5.2.2對流受熱面改造
    根據(jù)原受熱面布置及剩余空間的情況，經(jīng)多次校核熱力計算，確定增加高溫省煤器和凝渣管的面積，具體方案為：a．在原有高溫省煤器的上方再增加1級省煤器。管子縱向新增16排，新增加的省煤器管其縱、橫向節(jié)距，其布置方式與原有高溫級省煤器完全相同．b．新增3排凝渣管，即按煙氣流向，將原第2，3，4排凝渣管每排管相間改成2排管，然后每根管采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)在凝渣管下部一分為二，在近爐頂管處匯合并與原來的凝渣管穿墻管相接而送入汽包。改造后的高溫省煤器與凝渣管的面積分別增加80%和142.5%，增大了凝渣管對爐內(nèi)高溫?zé)煔獾钠毓饴�，使凝渣管束能吸收更多的爐內(nèi)輻射熱量。另外，煙氣的橫向流通面積由24m2減小到13m2，煙氣流動速度增加將近1倍，強化了氣流對凝渣管束的沖涮作用，這將大大強化對流傳熱，從而有利于降低煙氣溫度和維持蒸發(fā)吸熱量與蒸汽過熱吸熱量間的合理匹配。
5.3尾部煙道系統(tǒng)改造
    由于鍋爐改造后絕大部分時間燃用煤氣，只有當(dāng)煤氣中斷或嚴(yán)重不足時補入部分煤粉燃燒以滿足出力要求。因此鍋爐運行時大部分時間不需要除塵，但煙氣流量很大。阻力計算表明，全燒煤氣時引風(fēng)機不能滿足鍋爐滿出力運行要求。為保證在不更換引風(fēng)機的前提下的鍋爐滿出力運行，對引風(fēng)系統(tǒng)進行了圖2所示的降阻改造——增設(shè)煙氣旁路。當(dāng)全燒煤氣時切換除塵器進口煙氣擋板使煙氣經(jīng)旁路直接進入引風(fēng)機；當(dāng)有煤粉投入時切換煙氣旁路擋板使煙氣經(jīng)過水膜除塵器除塵后進入引風(fēng)機，這樣，將有煤粉燃燒時的除塵運行要求與全煤氣燃燒時引風(fēng)機的大容量低阻力要求有機地統(tǒng)一起來。
5.4改造效果
    改造后對鍋爐進行了整體測試，實驗數(shù)據(jù)見表2所示。改造后還進行了煤、氣混燒實驗，實驗表明，煤、氣混燃燒時鍋爐具有很強的超負荷能力，最大蒸汽流量可達88 t/h，此時排煙溫度只有150℃左右，過熱汽溫正常，但未燃碳損失偏大。
6、結(jié)  論
    煤改氣工程的實踐及試驗測試表明，該煤改氣關(guān)鍵技術(shù)與實際改造吻合得較好，說明該技術(shù)能夠成功運用于燃煤改燃高爐煤氣的改造，可供類似鍋爐改造工程參考。