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炼 油 与 化 工 R E F I N I N G A N D C H E MI C AL I ND US T R Y 第 2 0卷 7 5 t ／ h流化床锅炉掺烧干气技术分析与改造 樊江涛 ， 张爱群 ， 惠军旗 ， 王宏发 1 ． 兰州化工研究中心， 甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 ； 2 ．延安石油炼化公司延安石化厂， 陕西 延安 7 2 7 4 0 6 摘要 流化床锅炉掺烧干气在国内只有个别厂家实施小比例掺烧 ， 较大比例的掺烧技术尚无 成功经验和先例。为了节约能源 ， 更好地利用炼油厂气资源 ， 对延安石化厂 3台 7 5 t ／ h锅炉进 行了技术改造， 实现了较大比例的干气掺烧的技术应用。 关键词 流化床锅炉；干气掺烧；比例 中图分类号 T K 2 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 0 9 0 1 0 0 2 6 0 3 延安石化厂的 3台 7 5 t ／ h锅炉系济南锅炉集 团有限公司设计制造 。燃料为煤与干气混烧 ， 干气 最大掺烧比例为 3 0 ％。该锅炉 自运行以来 ， 由于投 用于气容易引起炉膛结焦 、 炉膛 出口温度超高 ， 所 以干气系统一直没有投用。为 了尽快投用干气系 统 ， 对原设计进行 了技术分析 ， 并结合原系统的技 术条件提 出技术改造项 目和方案， 落实技改措施 、 顺利实现了流化床锅炉干气较大比例的掺烧。 1 原干气系统 3台 7 5 锅炉原有燃气 系统主要 由干气燃 烧装置及其配风系统 、 干气母管线系统 、 干气支管 线系统、 安全报警系统等组成_ l l。 干气经调压站稳压后由母管送至炉前干气支 管路 ， 干气支管线系统共 3套 ， 每台炉设置 1 套 。 每套管路在炉前分成 2路分别与左右 2侧干气燃 烧器相连 ， 分别 由气动调节 阀控制干气入炉压力。 每隔 1 段管道设置放空及吹扫装置 ，且在管道最 低处设置排凝系统。 在 7 m平台上 ，沿燃气管线分布有可燃气体 报警装置 ，通过检测可燃气体浓度判断系统出现 的干气泄漏 ， 以便采取紧急安全措施 ， 有效防止安 全事故发生。 每台锅炉有 2台干气燃烧器 ，分别 布置在标 高为 1 4 ． 3 I l l 和 1 5 ． 5 n l 的 2侧墙上 ， 配风采用锅炉 的 1 次风 ，单 台燃烧器设计的干气燃烧量为 l 7 8 0 2 3 0 0 m 3 ／ h ， 见 图 1 。 l 5 5 n ～ 一 ] ； l nI U_ ＼ { 炉 膛 图 1 锅炉干气燃烧器标高及位置 2 核算及分析 2 ． 1 干气燃烧器设计与校核计算 2 ． 1 ． 1基本参数燃煤低位发热值 p Y dw 2 5 4 2 3 k J ／ k g ； 设计燃料消耗量 B 9 5 3 5 ． 6 2 7 k g ／ h ； 干气发 热值 Q 2 0 9 4 7 k J ／ m 。 ；干气密度 P O ． 8 4 k g ／ m ； 干气燃气量 h 1 7 8 0 ～ 2 3 0 0 m 3 ／ h ；干气压力 P气 0 ． 02 MPa 。 2 ． 1 ． 2 干气燃烧器设计功率核算单台燃烧器设 计 1 的最大功率 ‰ p h ／ 3 6 0 0 2 0 9 4 7 2 3 0 0 ／ 3 6 0 0 1 3 3 8 3 k W 按最大燃气量计算 。 则 单 台 炉 2台燃 烧 器 设 计 总 功 率 为 2 6 7 6 6 k W； 7 5 t ／ h锅 炉 1 0 0％负 荷 热 功 率 Ⅳ B Q Y , ．／ 3 6 0 0 9 5 3 5 ． 6 2 7 2 5 4 2 3 ／ 3 6 0 0 6 7 3 4 0 k W。 2 ． 1 ．3 干气燃烧器实际功率核算原燃烧器燃气 喷 口采用 5 1 根 5 l m mx 5 mm管 子 ，总面积为 S 3 ． 1 4 2 ／ 4 3 ． 1 4 x 5 1 x O ． 0 4 l 2 ／ 4 0 ． 0 6 7 3 m ； 最低 压力下 按 P气 0 ． 0 2 MP a 燃烧器喷 口速度 “ ,q 1．4 14 u pb 、 ／ 1 ．4 14 x 0 ．8 x 0 ．6 、 ／ 0 ．2 x 10 5 1 0 5 m／ s 式 中 “ 『 _ _ 喷孑 L 出口平均流速 ， m ／ s ； 流量系数 取 0 ． 8 ； b l 一修整系数 取 0 ． 6 ； △ 尸 L - 喷孔前后的 压力差 ， P a ； p 。 一 燃气的密度 标准状态下 ， k g ／ m， 。 单台燃烧器干气流量 h s u O ． 0 6 7 3 x l O 5 x 3 6 0 0 2 5 43 9 m3 ／ h。 单 台燃 烧 器 实 际 功 率 Ⅳ Q 2 0 9 4 7 2 5 43 9 1 4 8 01 9 k W 。 2 ． 1 ． 4 火 焰 长 度 分 析 原 燃 烧 器 设 计 功率 为 1 3 8 3 3 k W，燃气燃烧器的火焰长度应在 5 ． 5 7 I n 之问， 火焰直径约 1 ． 2 n l ， 炉膛宽度为 5 ． 2 9 i n 。 2 ． 1 ． 5 干气燃烧器对炉膛 出口温度的影响干气 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9 年 第 1 期 樊江涛， 等．7 5 t ， h 流化床锅炉掺烧干气技术分析与改造 2 7 燃烧器投用 ， 会引起炉内换热的变化及炉膛出 口温 度增加， 通过热力计算， 干气负荷占总负荷的3 0 ％ 5 0 ％时 ， 会引起炉膛 出口温度增加 5 O ～ 7 0℃。 2 ． 2 配风系统技术分析 干气燃烧的理论空气量约为 5 in 。 ，单台燃烧 器在燃气量为 2 3 0 0 m 3／ h时所需理论空气量为 1 1 5 0 0 m3 ／ h ， 选取过剩空气系数为 1 ． 1 5 ， 则实际所 需空气量为 1 3 2 2 5 m3 ／ h ， 单台炉 2台燃烧器 燃气 所需空气量为 2 6 4 5 0 m 3 ／ h 。 原燃烧器配风采用锅炉 1 次风 ，所配风道的 流通面积为 0 ． 3 6 n l ，其 1 次风机 风量为 3 2 2 9 3 ～ 7 7 5 5 0 m3 ／ h ， 燃气所需空气量约 占 1 次风最大风量 的 3 4％。 2 ． 3 燃气各管线系统分析 按 3台锅炉 6台燃气燃烧器 同时运行 ， 母管 最大燃气流量为 1 3 8 0 0 m3 ／ h ，原燃气母管道通径 为 D N 3 0 0 m m 其通流面积为 0 ． 0 7 1 I l l ，母管内气 体流速为 u 5 4 m ／ s 。若按 2台锅炉 4台燃气燃烧 器 同时运行 ， 母管最大燃气流量为 9 2 0 0 m 3 ／ h ， 其 母管 内流速为 u 3 6 m ／ s 。 燃气支管道管径核算 管内流速为 u 2 0 m ／ s ， 则 所需流通面积 S V h ／ u 2 3 0 0 ／ 2 0 x 3 6 0 0 -- 0 ．0 3 1 9 I n 。 原有燃气支管道通径为 D N 2 0 0 mm，流通面积为 0． 03l 4 m 。 通过以上分析得到 4个结论 。 1 原有燃烧器实际功率过大 ， 远远大于燃烧 器的设计功率； 使得运行调节不便， 对炉膛正常燃 烧工况影响较大 ， 容易造成燃烧 区域局部过热 、 燃 气火焰冲墙现象。 2 燃烧器配风采用锅炉 1 次风不合理， 直接 影响床层流化效果。 3 原有燃烧器安装位置过高， 投用干气时引 起炉膛 出口返料 ， 温度超高。 4 燃 气管线和控制系统能够满足掺烧干气 的工况要求 ， 不需要进行改造[2 1 。 3 技术改造方案 1 燃气各管线系统设计合理 ， 为了防止干气 带液对各管线系统进行 了蒸汽伴热 。 2 将原有 2台燃烧器拆除 ， 安装位置进行堵 焊和耐火保温处理。 3 在 2侧炉壁中心线上 ，标高 1 0 I n处对称 布置重新安装 2台干气燃烧器 ，在安装位置对水 冷壁进行了弯管处理， 同时重新浇注旋口， 并对旋 口周围进行了防磨处理。 4 干气燃烧器选用天立公司研制 的 T L G O 一 8 8 0 0型燃气燃烧器 ，单台干气燃烧器设计额定功 率为 7 0 0 0 k W， 额定燃气量为 1 2 0 0 m3 ／ h 燃气压 力在 0 ． 0 4 MP a时1 ， 单 台干气燃烧器负荷调节范 围 为 9 0 0 ～ 1 5 0 0 m 燃气压力在 0 ． 0 2 ～ 0 ． 0 8 MP a ， 干 气掺烧热负荷 比例为 2 8 ％。燃气 由管道进入燃气 喷 口， 通过 8 m m小孔后与周围旋流和直流空气 混合 ， 遇炉膛高温烟气着火燃烧 ， 结构见图 2 。 r 厂 厂 厂 ／ 一 厂 ／／／ ∥ ．| 事故 冷却风／ 凝 l ≥ 矿 l ／ I I l l I l 一． 』 l 密 封 风 ＼ ＼ L 。t ＼ B向 1 一 燃气喷嘴； 2 一 吹扫枪； 3 一 大小头； 4 一 无缝钢管； 5 - 外套配风器； 6 一 风壳； 7 一 压力表； 8 - 法兰； 9 一 接头； 1 0 一 固定装置 图2 T L G O 一 8 8 0 0型燃气燃烧器 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 T 2 8 R E F I N I N G A N D C H E MI C AL I N D U S T R Y 第 2 0卷 5 燃烧器前加装压缩空气和事故蒸汽吹扫 线 ， 防止燃烧器旋 口积灰 、 保护喷嘴和防止 回火 ， 2 侧干气母管也加装蒸汽吹扫线 。燃烧器火检控制 系统利用原接点及 D C S 操作系统。 6 将燃 气风 源改为 2次热 风 ，风箱标 高 1 2 ． 3 m， 风管选用 D N 3 0 0管道 ， 每台干气燃烧器风 管配手动风门、 电动风门 、 金属补偿器。电动风 门 重新布线 ， 控制系统利用原接点。干气燃烧器悬挂 在恒力弹性吊架上 ， 重量不加在水冷壁和风管上 ， 见图 3 图 3 燃气风源结构改造不意 7 燃气系统利用原有干气母管线系统 、 干气 支管线系统及安全报警系统 。在原有 D N 2 0 0干气 支管线上焊接 D N1 5 0的管道 ，每根管道上设置阻 火器 、 手动阀、 压力表各 1 个 ， 并采用 D N 1 5 0金属 软管与相应的干气燃烧器对接。 8 对原系统各 阀门、 仪表 、 安全报警系统的 完好性 、 有效性进行了检修和校验嘲 。 4 改造效果 1 流化床锅炉掺烧干气于 2 0 0 7年 8月 1 1 3 成功投用。3 、 2 锅炉也相继于 1 0月 2 3 13、 1 1月 1 3日顺利试烧成功。其中 3 煤锅炉于 1 1 月 2 8 E l 下午第 2次投用干气 ， 经历了切换 、 停用到再投用 的相关环节 ，完成了 3台煤锅炉掺烧干气实验的 全 过程 。 1 经过操作工况调整 ， 单台锅炉掺烧干气可 达 2 0 0 0 m 3 ／ h以上， 配套设备运转状况 良好。 2 在锅炉负荷基本相 当的运行条件下 ， 掺烧 干气后气相组分增加 ，炉膛出口温度升高 2 0℃左 右 ， 料层和返料温度均有所降低 ， 炉膛 内温度梯度 分布更加合理， 锅炉运行工况稳定。 3 利用炼油厂副产的干气而减少了原煤用 量 ， 节约了能源。 单台锅炉干气掺烧量按 2 0 0 0 m 3 ／ h 核算 ，同蒸发负荷下单台给煤机转速从 1 8 0 r ／ m i n 减缓到 1 1 0 r ／ m in左右 ，折算替代节省原煤约 6 2 t ， d ， 价值约 2 ． 5万元， d 。 4 干气引入锅炉密相区上部完全燃烧 ， 流向 又与向上流动烟气垂直相交而扰动 ，强化了高温 烟气与煤粒的相对运动 ， 使煤粒燃烧更加充分 ， 灰 分含炭量明显降低 由 4 ％降低到 2 ％ ， 改善了锅 炉整体燃烧工况 ， 提高了锅炉运行热效率 。 5 热动力现用煤含硫为 0 ． 9 ％，而干气硫含 量为 0 ． 1 ％～ 0 ． 2 ％。掺烧干气后 ， 因燃料组成质量变 化 ， 可减少 S 0 排放量 5 0 1 k g 台 d 。 6 锅炉排灰 、 排渣量 明显大幅度减少 ， 所排 炉渣颜色也相应改观 ，减轻 了煤渣排放操作的劳 动强度 、 负荷量 ， 热动力区域灰尘飞扬 的环境得到 有效控制。 7 在锅炉相同负荷条件下，降低燃煤量， 可 减轻颗粒 、 烟气对炉内构件的冲刷磨损 ， 有利于设 备长周期平稳可靠运行。 5 存在的问题 1 干气母管未设分液罐 ， 容易造成干气带液 人炉膛 ， 引起炉膛瞬间超温。 2 炉膛内旋流气体f 煤粒1 对燃烧器喷嘴磨损 大， 影响燃烧器使用寿命。 6 结束语 通过技术改造实现了煤 与干气大 比例掺烧 ， 进一步改善了流化床锅炉的运行工况 ，提高了锅 炉热效率； 利用了炼油厂富余干气， 获得了可观的 经济效益 。掺烧干气作为一项新的技术 ， 拓宽了流 化床锅炉的燃料应用类型，为锅炉优化操作和干 气利用提供了新的思路和方法。 参考文献 [ 1 ]林宗虎 ， 魏国崧 ， 安恩科 ， 等．循环流化床锅炉 [ M] ． 北京 化学 工业 } { 』 版社 ， 2 0 0 4 2 2 2 4 ． [ 2 j岑可法 ， 倪 明江 ， 骆仲决 ， 等． 循环流化床锅炉理论设计与运行 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 2 3 5 3 9 ． [ 3 ]路春美， 程世庆， 王永征．循环流化床锅炉设备与运行[ M] ． 北京 中国申． 力出版社 ． 2 0 0 3 6 7 7 0 ． 收稿 日期 2 0 0 9 0 1 0 3 作者简介 樊江涛 ， 男 ， 工程师 ， 硕士研究生 ， 2 0 0 5年毕业 于中国石 油大学 北京 ， 现从事 F C C炼油工程与丁艺工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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