何天
（广东韶关钢铁集团有限公司 512123）
摘要：高炉煤气在生产中可以充当动力燃料，优势体现在热值低且一般情况下不会着火，但由于其同时还具有燃烧及气源不够稳定等局限性，纯燃高炉煤气锅炉在运行中体现出了与燃煤锅炉明显不同的特点。而要想使此种锅炉更好的服务于生产，就必须要掌握影响其运行的关键因素。本文以某纯燃高炉煤气锅炉为例，对此种锅炉的特点及运行作了阐述。
关键词：纯燃高炉煤气锅炉；特点；运行
1 前言
高炉煤气为炼铁的产物，内含一氧化碳，具有可燃性、低热值的特点，在生产中经常被作为动力燃料，在冶金行业应用较广。但由于此种燃料本身具有燃烧无法保持稳定等缺陷，再加上目前围绕燃气锅炉展开的研究不多，关于纯燃高炉煤气锅炉的运行还有很多问题需要进一步探讨。
2 纯燃高炉煤气锅炉特点及运行
2.1关于高炉煤气
结合高炉煤气的构成成分来看，其主要包括四种气体：第一，一氧化碳；第二，氢气；第三，氮气；第四，二氧化碳。其中，第一种气体具有可燃性，第二种气体量比较少，第三种与第四种均属于惰性气体。
高炉煤气的特点包括：首先，其理论燃烧温度变化范围为1100℃至1300℃之间，明显低于其他燃料。其次，在热负荷一样的前提下，其燃烧烟气量约比其他燃料高三到六成，排烟损失同样大于其他燃料。最后，其具有不稳定性，这一点是由其来源决定的。高炉煤气的参数热值受到高炉运行的影响极为明显，比如，当后者出现变化的时候，其热值就会出现大幅波动，波幅最大在30%以上。在正常生产中，此种波动势必会产生一些不良影响。
2.2纯燃高炉煤气锅炉的特点
纯燃高炉煤气锅炉对于钢铁企业生产有着重要的影响，为了使此种锅炉发挥出更大的优势，就必须在掌握其特点的基础上，将其合理应用于生产中。关于此种锅炉的特点，本文认为可以从以下几个角度进行归纳。
2.2.1参数特点
当前我国纯燃高炉煤气锅炉的主要制造厂商为江西某厂，以该厂制造的某锅炉（蒸发量220t/h）为例，其参数状况（部分）如下：额定蒸发量为220t/h；过热器出口压力为9.81MPa；给水温度为220℃；冷风温度为20℃；连续排污率在3%以下。
2.2.2结构特点
此种锅炉属于燃气锅炉，但由于燃料特殊，其在结构上也表现出了自身独有的特点：第一，炉膛结构为双锁腰式。此种结构可以实现燃烧区域与其他区域的有效分离，同时，卫燃带可以帮助实现燃烧区域的温度控制，使其始终处于高温状态。第二，省煤器为“非沸腾式+沸腾式”省煤器,弥补了蒸发量偏低的缺陷。第三，高炉煤气预热与助燃空气同步进行，使得锅炉效率较高。
2.2.3燃烧特点
按照目前的界定方式，若燃料未在燃烧前与空气实现混合，那么，此种燃烧方式就属于扩散燃烧。鉴于燃烧反应时间显然短于燃料混合空气耗费的时间，所以，二者的混合速度对于燃烧速度有着决定性影响。再加上混合依赖它们的自身质量实现，也可以说扩散速度决定着燃烧速度。纯燃高炉煤气锅炉的燃烧方式属于扩散燃烧，燃烧器为双旋流式，其可以在燃烧负荷的作用下帮助煤气实现与空气的混合，其中，煤气进入内套管，助燃空气则进入外套管。
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此种燃烧器具有下述特点：第一，其没有预混段；第二，高炉煤气与二次风能够实现同向旋转，有助于扰动及混合；第三，负压区出现于中心区，能够起到抽吸烟气的作用，对于煤气着火比较有利，再加上煤气能够与空气实现较为充分的混合，出现脱火现象或者回火现象的几率不高；第四，阻力水平不高，可以与高炉煤气“会出现压力波动”的特点相适应；第五，功率较大；第六，负荷调节较为简便。
2.2.4受热面吸热特点
为了明确纯燃高炉煤气锅炉受热面的特点，本文特意将其与燃煤锅炉做了一个比较全面的比较。（1）此处仍以某纯燃高炉煤气锅炉（蒸发量220t/h）为例，根据炉膛计算结果来看，在辐射受热面积方面，烟煤为756.9㎡，而高炉煤气为877.4㎡；在理论燃烧温度方面，烟煤为1995℃，而高炉煤气为1347℃；在出口温度方面，烟煤为1027℃，高炉煤气为981℃；在吸热量方面，烟煤为95.2MJ,而高炉煤气为57.8MJ。经过比较研究可知，在理论燃烧温度方面，烟煤比高炉煤气高约650℃；而在火焰黑度方面，高炉煤气大约只相当于烟煤的一半，这就造成其辐射换热量低于烟煤约四成。（2）根据过热器的特点来讲，其汽温特性与受热面有着密切联系。根据相关研究得出的数据来看，在纯燃高炉煤气锅炉中，其辐射过热器的吸热量大约等于其吸热总量的二十分之一。在这方面，烟煤与高炉煤气的差异体现为：前者的高、低温过热器的受热面积分别为972㎡、870㎡，烟气流速分别为8.7m/s、8.7m/s,吸热量分别为21.01MW、13.92MW；而后者的高、低温过热器的受热面积分别为664㎡、515㎡，烟气流速分别为13.1m/s、14.4m/s,吸热量分别为18.27MW、14.79MW。在过热器系统以对流过热器为主的情况下，传热系数及温压对吸热量有着决定作用。高炉煤气的特点之一就在于其包含一定的惰性气体，所以，以其为燃料的锅炉烟气容积流量及流速均会明显大于烟煤。根据以上研究可以推出，纯燃高炉煤气锅炉对流过热器面积约比以烟煤为燃料的锅炉小近三成。（3）对于燃煤锅炉来讲，其炉膛蒸发受热面吸热量在工质从水到饱和蒸汽总吸热量中所占的比例约为88%,但纯燃高炉煤气锅炉最多只能实现55%，剩下的需由省煤器来实现。出于此项考虑，其省煤器的沸腾度需要达到25%。根据相关计算可知，50MW的纯燃高炉煤气锅炉省煤器的受热面积及吸热量分别比燃煤锅炉高1倍、2.6倍。这方面的比较情况如下：在受热面积方面，烟煤与高炉煤气分别为1890㎡、3819㎡；在烟气流速方面，二者分别为8.06m/s、12.4m/s；在传热系数方面，二者分别为0.051kW/m2℃、0.086kW/m2℃；在吸热量方面，二者分别为12.8MW、46.2MW。（4）为了进一步明确纯燃高炉煤气锅炉与燃煤锅炉的差异，本文对二者炉膛、过热器、省煤器三个方面的受热面积进行了比较，结果为：在炉膛受热面积方面，烟煤与高炉煤气依次为756.9㎡、877㎡，增加比例约为0.16；在过热器受热面积方面，二者依次为972㎡、644㎡，增加比例为-0.34；在省煤器受热面积方面，二者依次为1890㎡、3819㎡，增加比例为1.02。
2.3 运行中的关键问题
不管是何种受热面，都可以按照下述公式进行吸热计算，即Q等于传热系数与传热温压及换热面积的乘积。在处于额定负荷状况下时，如果输入热量出现大幅变化，锅炉的运行参数也会随之发生改变。改变规律一般为：首先，在输入热量出现正向变化的情况下，炉膛吸热会随着自身受热面积的扩大而明显增加。同时，过热器吸热则会由于自身受热面积的缩小而少量增加。其次，在输入热量出现负向变化的情况下，炉膛吸热会随着自身受热面积的扩大而稍微减少。同时，过热器吸热则会由于自身受热面积的缩小而明显减少。
综合以上分析可知：第一，在输入热量显著增加的情况下（包括热值及压力两个方面），由于炉膛吸热变化幅度大于过热器，此时的控制对象以主汽压力为主，处理思路为通过控制煤气量（适当减少）来达到控制气压的目的，进而避免超压事故或者燃烧器烧坏事故的发生。第二，在输入热量明显下降的情况下（同样包括热值及压力两个方面），由于过热器吸热变化幅度大于炉膛，此时的控制对象以汽温为主，处理思路为通过控制煤气量（适当增加）来达到控制汽温的目的，以避免蒸汽带水问题的产生。
3结语
纯燃高炉煤气锅炉是钢铁行业发展中重要的设备之一，对于生产效率有着显著影响。所以，现实中有必要理清此种锅炉与燃煤锅炉的区别，并在科学把握其特点及运行参数影响因素的基础上，将其合理的应用于生产。
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论文作者:何天
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/29
标签：高炉论文; 煤气论文; 锅炉论文; 烟煤论文; 省煤器论文; 炉膛论文; 面积论文; 《电力设备》2016年第12期论文;