【正文】 使鍋爐引風(fēng)。( 6 )燃燒煙氣量大 。但一旦具備了著火和穩(wěn)燃條件,燃燒相 當(dāng)迅速 ,火矩很短 。及玩含量極少,燃燒產(chǎn)生的水蒸汽少,因而煙氣露點低,即使在鍋爐啟動負(fù)荷下運(yùn)行也不易結(jié)露沾灰,更無需考慮防止低溫腐蝕問題。( 3 )由于高爐煤氣中含有大量 的惰性氣體,每1 m 3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) m “(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) ) 左右 ,所 以組織燃燒時要求更有效的混合措施才能確保煤氣中的C O等可燃成份完全燃燒。所以高爐煤氣的著火溫度的高低主要取決于C O 含量及著火環(huán)境。因而爐膛熱負(fù)荷強(qiáng)度、對流受熱面煙速等允許值比燃煤鍋爐高。因此,高爐煤氣是一種超低發(fā)熱量的氣體燃料,其發(fā)熱量約為 3 3 0 0~ 3 8 0 0 k J/ m “,含塵量在 1 0 9 / m ”(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) 以下。1 高爐煤氣的燃燒特性按首鋼提供的高爐煤氣資料,其化學(xué)組成熱值及物理參數(shù)如下:( 1 )高爐煤氣的主要化學(xué)組成:C O 、C O :、N :和其它含量很少的C H 。在1992 年12月,首鋼總公司下屬北京鋼鐵公司,為節(jié)約能源,充分回收高爐煤氣中的能量,保護(hù)環(huán)境,決定在公司電力廠建造1 臺純?nèi)几郀t煤氣的2 2 0t / h 高溫、高 壓 鍋爐。但隨著高爐的大型化使高爐煤氣的產(chǎn)量成倍增加,中、低參數(shù)燃 用高爐煤氣的鍋爐在容量和能源利用等方面已不能適應(yīng)煤氣產(chǎn)量增加的需要 。高爐煤氣由于其超低的發(fā)熱,氣源壓力又不穩(wěn)定,主要在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部就地轉(zhuǎn)換加以利用。按每生產(chǎn) I t 生鐵產(chǎn)高爐煤氣為3 x1 0m 3計,則高爐 煤 氣 年 產(chǎn) 量 高 達(dá) 3 x10 1 2m 3 。該文作者就杭州鍋爐 廠 在設(shè)計、制造2 2 Ot / h 高溫、高壓鍋 爐 中遇到 的 高爐煤氣的燃燒特性、燃用高爐煤氣對鍋爐整體布呈的影響等問題作了介紹,并提出了解決問題的措施和方法。 220t/h高溫、高壓、純?nèi)几郀t煤氣鍋爐設(shè)計黃毅新 趙劍云 (杭州)摘要：隨著高爐 的大型 化使 高爐謀氣的產(chǎn)全成倍增加,原有的中、低參數(shù)燃 用高爐煤氣的鍋爐已不能適應(yīng)煤氣產(chǎn)蚤增加 的需要。對于中低壓參數(shù)小容量高爐煤氣鍋爐采用上下鍋筒的對流管束提高蒸發(fā)吸熱量。對于高參數(shù)大容量高爐煤氣鍋爐 ，采用附加的其它吸熱裝置是十分必要的，如熱管煤氣加熱器 ，或是低溫低壓省煤器。 4 小 結(jié) 高爐煤氣鍋爐的設(shè)計不同于其它燃料鍋爐 ，有其 自身 的特殊性 。但必須與汽機(jī)島配合，系統(tǒng)較復(fù)雜。我廠設(shè)計的 2 2 0 t／h 高溫高壓全燒高爐煤氣鍋爐采用了煤氣加熱器 ，使鍋爐排煙溫度降到了1 5 0 ℃左右，保證了鍋爐熱效率 ，得到了用戶的好評。 一個有效的辦法就是采用熱管煤氣加熱器。 3 ．2 高參數(shù)鍋爐尾部受熱面的布置 對于高參數(shù)鍋爐 ，由于給水溫度在2 15 ℃左右 ，光靠省煤器與空氣預(yù)熱器的交叉布置來降低排煙溫度是不可能的。 3 ．1 中低參數(shù)鍋爐尾部受熱面的布置 對于中低參數(shù)的鍋爐 ，由于給水溫度相對較低，為150 ( 2或 1 0 4 ( 2，通過省煤器與 空氣預(yù)熱器的交叉布置等優(yōu)化設(shè)計(見圖3 ) ，可以使排煙溫度降到 l 5 0 ℃ ～l 6 0 ℃左右。而煙氣量又非常大，從能量平衡來說 ，煙氣每降低 1 ℃放出的熱量可使 空氣溫度 升高 2. 8 5 ℃左 右。用空氣來吸收部分排煙熱量 ，送入爐膛 ，既回收了熱量，又提高了爐膛溫度 ，有利于爐膛吸熱。鍋爐排煙熱損失增加 1 ％左右，因此降低排煙溫度是提高高爐煤氣鍋爐熱效率的唯一有效途徑。而排煙熱損失主要取決于鍋爐的排煙溫度，q 2 隨排煙溫度變化見表5 。因此對流熱面的布置很重要，考慮到高爐煤氣是一種 比較干凈的燃料，故在設(shè)計時可采用較高的煙氣流速，受熱面應(yīng)布置緊湊 ，蒸發(fā)管屏和省煤器可以采用螺旋鰭片管，這樣既節(jié)省空間，又降低成本。而對于容量比較大的中壓鍋爐 ，采用上下鍋筒的對流管束，工藝復(fù)雜，檢修也很困難，為了吸收部分蒸發(fā)熱量，使省煤器出口沸騰度在 2 0 ％左右 ，可以采用獨立的蒸發(fā)管屏，布置在對流過熱器后面，見圖 1 ，這樣可以有效解決這一問題 。對于小容量的中低壓鍋爐，只采用省煤器來吸收不足部分的蒸發(fā)熱量顯然行不通，這樣會使省煤器出口沸騰度超過 3 0 ％，導(dǎo)致省煤器阻力增加，受熱不均勻增加，甚至引發(fā)省煤器爆管事故 。從表 3可以看出高壓鍋爐的蒸發(fā)吸熱約4 9 ％，中低壓鍋爐的蒸發(fā)吸熱更高，超過了6 0％顯然高爐煤氣鍋爐爐膛不能吸收蒸發(fā)所需全部熱量，需要其它受熱面來吸收不足部分 。爐膛不必設(shè)計很大。反過來說，高爐煤氣的燃燒生成物為不發(fā)光氣體，輻射能力較差，如出口溫度要降到 9 0 0 1 2，爐膛就要做得很大，這很不經(jīng)濟(jì)。由于高爐煤氣理論燃燒溫度只有1 3 0 0 左右，因此爐膛的吸熱有限，爐膛吸熱比例隨爐膛出口溫度的變化見表4 。設(shè)計時合理選擇爐膛大小是至關(guān)重要的，它決定了鍋爐的尺寸 ，從而決定了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。對于220 t／h 以上高爐煤氣鍋爐，在燃燒區(qū)涂耐火材料的同時，爐膛設(shè)計成縮腰形式，見圖2 ，使?fàn)t膛下部有較高的熱容量，從而保證了高爐煤氣的安全穩(wěn)定燃燒。但在鍋爐低負(fù)荷時，特別是大容量鍋爐，就需要采取一些措施，使得燃燒室維持較高的溫度。 1．2 燃燒室的設(shè)計 高爐煤氣鍋爐燃燒室也就是鍋爐爐膛，為了維持高爐煤氣的穩(wěn)定燃燒就需要爐膛保持一定的溫度。兩種燃燒器的比較見表 2 。其特點是負(fù)荷調(diào)節(jié) 比較大，低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒性能好，不會發(fā)生回火。這種燃燒器火焰比較長，且單個燃燒器容量較低，適合四角布置。在以往的小容量高爐煤氣鍋爐設(shè)計中，多采用多管式煤氣燃燒器，煤氣在管內(nèi)流動，空氣在管外流動，在燃燒器出口{ 昆合 。燃燒器主要是保證煤氣與空氣的均勻混合 ，燃燒室設(shè)計要能維持 比較高的溫度，以保證安全燃燒。因此高爐煤氣燃燒要解決的關(guān)鍵問題在于如何提高燃燒室溫度和如何與空氣充分混合 。由于高爐煤氣組成中不可燃成分占了絕大部分，其理論燃燒溫度僅 1 3 0 0 C左右 ，遠(yuǎn)低于煤和油的理論燃燒溫度。 1 高爐煤氣安全穩(wěn)定完全燃燒 高爐煤氣鍋爐首先要解決的就是高爐煤氣的燃燒問題。高爐煤氣的其它主要特點如下： ( 1 )每標(biāo)米立方高爐煤氣燃燒所需理論空氣量僅為0．6標(biāo)米立方米，總的空氣量約為同類型燃煤鍋爐的70％， ； ( 2 )高爐煤氣著火點在530 C 一660C之間 ； ( 3 )高爐煤氣理論燃燒溫度約1 3 0 0 C； ( 4 )高爐煤氣在空氣中的爆炸極限濃度為 3 5 ％ 一7 1 ％。 由于高爐煤氣本身的特點決定了高爐煤氣鍋爐不同于其它燃料的鍋爐。在開發(fā)這些鍋爐的過程中，我們積累了許多經(jīng)驗。西安交通大學(xué)出版社，2005.2. Minchener AJ. Industrial clean coal energy efficiency improvements in China. The 4th International Symposium on Coal Combustion, Beijing, 1999.,曹子棟,1986.,1990., 陳聽寬,1982.,1991.，李衛(wèi)東，惠世恩，2002.，1991(2)：43.9奚士光，吳味隆，1995.10家騄，余福曉，2004..，1998.13郭立君，2004.14 Clear Blue Sky: China’s Environment in the New Century. Washington (DC): The World Bank, 1997.15徐幫學(xué)，燃油、燃?xì)忮仩t選型、安裝及運(yùn)行維護(hù)與燃煤鍋爐燃油、2004.,2001附錄A附圖1 鍋爐外部冷卻損失圖2 四角布置燃燒器固體排渣煤粉爐的值附圖3 水冷壁的角系數(shù)附圖4 決定橫向沖刷錯列管簇的對流放熱系數(shù)線算圖附圖5 決定橫向沖刷錯列管簇的對流放熱系數(shù)線算圖附圖6 決定煙氣橫流沖刷順列管簇對流放熱系數(shù)線算圖附圖6 決定煙氣橫流沖刷順列管簇對流放熱系數(shù)線算圖（續(xù)）附圖7 交叉溫壓修正系數(shù) 附圖8 切向燃燒直流燃燒器的和的關(guān)系附錄B淺談高爐煤氣鍋爐設(shè)計要點杭州鍋爐集團(tuán)有限公司 趙 劍 云 杜 斌 摘要：本文簡要介紹了杭州鍋爐集團(tuán)有限公司開發(fā)各類參數(shù) 高爐煤氣鍋爐的經(jīng) 驗，就高爐煤氣燃燒特性、受熱面布置和提高鍋爐效率等問題 ，闡述 了高爐煤氣鍋 爐的設(shè) 計要 點。此外，節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)前的焦點問題，如何提高鍋爐的效率、降低鍋爐排煙污染，也是設(shè)計考慮的主要問題。每一處結(jié)構(gòu)的計算，都有詳細(xì)的計算表格，列出了計算公式以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)的來源，最后列出了計算結(jié)果。設(shè)計的宗旨是：理論上可行，實際中可用；布置合理，結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計防爆門接管直徑為560mm，門蓋的直徑為520mm，厚40mm。本設(shè)計采用旋啟重力式防爆門，是靠門蓋的自重使其常關(guān)，當(dāng)爐內(nèi)煙氣的推力大于因自重產(chǎn)生的平衡力時，門蓋被推開，泄出爐內(nèi)高溫?zé)煔?。作為預(yù)防措施，在點火前必須仔細(xì)吹掃爐膛和煙道，使其內(nèi)部可能積存的可燃性氣體及時排除。，由于熄火引起爆炸的事故多發(fā)生在燃燒器前燃起壓力或風(fēng)壓波動太大引起脫火或回火的情況下，當(dāng)過爐燃燒不良時，可燃?xì)怏w進(jìn)入鍋爐后部煙道，與后部煙道漏入的空氣混合形成的爆炸性氣體（負(fù)壓運(yùn)行的鍋爐），在高溫作用下，可能引起二次燃燒或爆炸。防爆措施燃油燃?xì)忮仩t應(yīng)為燃料的可燃性，當(dāng)和空氣在一定的濃度范圍內(nèi)混合時，會形成爆炸性氣體。煙氣量：引風(fēng)機(jī)計算流量： 引風(fēng)機(jī)計算壓頭： 為煙道全壓降，為煙囪引力根據(jù)文獻(xiàn)[13]選取引風(fēng)機(jī)型號：。阻力計算名稱符號單位公式結(jié)果爐膛出口負(fù)壓20屏式過熱器阻力0高溫過熱器阻力管子直徑及布置錯列布置40相對橫向節(jié)距3相對縱向節(jié)距2縱向管排數(shù)排8煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)系數(shù)2一排管子阻力系數(shù)管束的阻力系數(shù)高溫對流過熱阻力后墻引出管阻力0低溫過熱器阻力管子直徑及布置錯列布置42相對橫向節(jié)距3相對縱向節(jié)距2縱向管排數(shù)排16煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)系數(shù)2一排管子阻力系數(shù)管束的阻力系數(shù)低溫過熱阻力轉(zhuǎn)彎煙室阻力0高溫省煤器管子直徑及布置錯列布置32相對橫向節(jié)距2相對縱向節(jié)距縱向管排數(shù)排26斜向節(jié)距系數(shù)錯列管束形狀系數(shù)煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)一排管子阻力系數(shù)管束的阻力系數(shù)高溫省煤器阻力高溫空氣預(yù)熱器阻力管子直徑及布置錯列布置40當(dāng)量直徑37煙氣行程長度煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)管壁絕對粗糙度摩擦阻力系數(shù)高溫空預(yù)器阻力低溫省煤器管子直徑及布置錯列布置32相對橫向節(jié)距2相對縱向節(jié)距縱向管排數(shù)排64斜向節(jié)距系數(shù)錯列管束形狀系數(shù)煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)一排管子阻力系數(shù)管束的阻力系數(shù)低溫省煤器阻力低溫空氣預(yù)熱器阻力管子直徑及布置錯列布置40當(dāng)量直徑37煙氣行程煙氣平均溫度以計算煙氣平均密度煙氣平均流速雷諾數(shù)管壁絕對粗糙度摩擦阻力系數(shù)低溫空預(yù)器阻力煙道總阻力第四章為便于更換，下管組在兩立柱之間，其深度方向尺寸要比上官組小。空氣預(yù)熱器有上級，采用管式預(yù)熱器，上級空氣預(yù)熱器有一個管組，由四個并列管箱組成。上級省煤器的結(jié)構(gòu)簡圖分別見圖I4。在管組煙氣入口處的第一、二排管、管子彎頭部分及靠前、后墻的兩排管子都裝防磨蓋板。省煤器聯(lián)箱布置在側(cè)墻，采用單面進(jìn)水的方式。傳熱計算順序同布置順序。，可使減溫幅度，相應(yīng)減焓幅度表I11 高溫過熱器結(jié)構(gòu)序號名稱符號單位公式及計算結(jié)果1管子規(guī)格選定2布置方式