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研究与开发 1 3 0 t ／ h燃高炉煤气锅炉的开发设计 文章编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 4 0 5 - 0 0 1 1 - 0 4 1 3 0 t ／ h燃高炉煤气锅炉的开发设计 王彬 陕鼓集团西安锅炉有限责任公司 ， 陕西 西安 7 1 0 0 7 5 摘要 通过对高炉煤气的燃烧特性分析 ， 介绍了1 3 0 t ／ h中温中压高炉煤气锅炉， 该锅炉 通过设置双室炉膛、 预热空气、 采用单汽包结构等方法实现了高炉煤气的有效利用。 关键词 高炉煤气； 燃烧器 ； 中温中压锅炉 ； 设计 中图分类 号 T K 2 2 9 文献标识码 A The De s i g n o f 1 3 0 t ／h M i d ． t e mp e r a t u r e a n d 作 者 简介 王 彬 M i d- p r e s s ur e Bl a s t Fur n a c e Ga s - fir e d Bo i l e r 毕业于西安交通大 W A N G B in 耋 S h a a n x i B l o w e r G r o u p X i a n B o i l e r C o L t d ， X i a n 7 1 0 0 7 5 ， S h a a n x i ， C h i n a 力容器产品设计及 A b s t r a c t A n a 1 y z e d d e e p l y t h e c h 啪 c t e r i s t i c a n d b u r n i n g m e c h a n i s m 0 f b l a s t f u ma c e g a s ， i n t r o 一 技术工作。 d u e e d t h e 1 3 0 t ／ h mi d t e mp e r a t u r e a n d mi d p r e s s u r e b l a s t f u rna c e g a s fi r e d b o i l e r ．I t a c h i e v e d t h e u t i - l i z a t i o n o f b l a s t f u r n a c e g a s b y d o u b l e f u rna c e ，a i r p r e h e a t e d a n d s i n g l e d r u m e t e ． Ke y wo r d s b l a s t f u r n a c e g a s b u r n e r mi d- t e m p e r a t ur e a n d mi d ． p r e s s u r e b o i l e r ；d e s i g n O前 言 高炉煤气是钢铁企业炼铁生产过程中产生的副 产品， 高炉燃料热量的 6 0 ％左右进人到高炉煤气 中， 每消耗 1 t 焦碳可产生 3 8 0 0～ 4 0 0 0 m 的高炉 煤气， 但其发热值很低， 是一种低热值的二次能源。 在钢铁企业 ， 一般建有能源管理 中心， 将高炉煤气与 高热值的燃料掺混而成为混合煤气， 用作钢铁企业 其它工序 的燃料或民用燃料。 对于钢铁企业 ， 其规模各有大小 ， 燃烧高炉煤气 所需的锅炉也各有不同 ， 我厂 已开发设计制造 了 2 O ～ 1 8 0 t ／ h中温中压锅炉 ， 形成系列化产 品 ， 以满足 不同用户的需求 。 1 高炉煤气的燃烧特性 高炉煤气 以下简称 B F G 不 同于其它可燃气 体 天然气 、 焦炉煤气等 ， 其惰性气体 N 、 C O 等的 体积含量约 占 7 0 ％ ， 而可 燃成分 主要 为 C O， 约 占 2 3 ％， 因此它本身的发热量很低， 一般为 3 0 0 0 3 5 0 0 k J ／ m 标态 ， 且着火温度较高 ， 一般为 5 3 0～ 6 5 0℃ ， 并随其成分 的波动略有变化 。由 B F G的上 述特性可知 ， 高炉煤 气可燃易爆 有毒 ； B F G的理论 燃烧温度偏低 ， 着火稳定性较差； 燃料中可燃成分 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 3 - 0 5 C O少， 所需助燃空气总量少于燃煤， 一般约为燃烟 煤空气量的 7 0 ％ ； 煤气 中存在大量的 C O 、 N ， 燃烧 后烟气量是燃煤锅炉的 1 ． 7倍 ； B F G中含灰少 、 不含 硫， 无需考虑尾部受热面排烟磨损和低温腐蚀问题。 2 燃 B F G锅炉炉 型对 比 如果采用双汽包形式 ， 省煤器出 口没有沸腾度 ， 但会带来以下问题 ①过热器设置在对流管束的前面。如过热器不 设置在炉膛前 上部 ， 整个 锅炉 占地将增 大 2 5 ％左 右 ； 如过热器设置在炉膛的前上部 ， 则后墙的水冷壁 管会有一很小的倾角 ， 加之采用了对流管 ， 汽包内的 汽水分离元件简单， 将影响蒸汽品质和水循环安全； ②上下汽包之间为密排的对流管， 安装工作量 大。对流管与汽包 的连接一般采用焊接或胀接， 管 与管的间距较小且数量多 ， 如采用焊接， 则焊接工作 量大且不方便 ； 如采用胀接 ， 一般要几次才能达到水 压合格， 使用寿命也短； ③检修工作量大且困难。在运行中密排对流管 间如发现有问题， 检修位置很小， 检修困难， 一般采 用堵管形式来处理 ； ④对于 1 3 0 t ／ h燃 B F G锅炉 ， 锅炉如采用双锅 筒 S H S 形式 见图 1 ， 则整体布置不美观， 炉墙较 厚 ， 一般在 4 0 0 m m以上。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 2 工业锅炉 2 0 1 4年第 5期 总第 1 4 7期 ‘l T ． 【 I l t ．x 。 ．I _ 一 l E 霉 --4 ．i 蹬蕉 日 _ ， 夔 j 壁 ● 、 j 奎 ’ _ r 工 ． j 薜 j 、 、 、 ， 1 ＼ 、 叫 I l P F F 耀匝I} ■■ 一 F F 一 二 F E 三 [ 三 臣 十 斗 m ⋯ } f l i j I 谚 百 护 } ／／ I ， ， ／ ， ， ， ， ， ， ， ， ， ／ ／ P 【冬 {l S HS型 燃 BF G 锅 炉 3 1 3 0 t ／ h燃 B F G锅 炉技术方案 钢铁企业有的需要中小型燃 B F G锅炉 ， 有的则 需要大 、 【 f J 温 、 中压燃 B F G锅炉 ， 对不同参数等级 锅炉其结构设 汁也不 尽相 同， 但设计 的主要原理相 ㈨。本文结合本公 司为某钢铁企业 设计 的 1 3 0 t ／ h 燃 B F G中温巾压锅炉结构特点做简要介绍。 3 ． 1 B F G锅炉基本设计参数 额定蒸发量 1 3 0 t ／ h 额定蒸汽压力 3 ． 8 2 M P a 锅筒工作 力4 ． 2 MP a 额定蒸汽温度4 5 0℃ 给水温度 1 0 4℃ 设计燃料低位发热量3 2 0 0 k J ／ m 标态 3 ． 2 锅炉运行条件 锅炉运行方式 带基本负荷并变负荷可调峰， 锅炉 能够在 5 0 ％ ～ 1 0 0 ％负荷范围内达到额定蒸汽参数。 燃烧方式 燃烧器四角布置 ， 燃烧器的设计阻力 按锅炉超负荷时的阻力确定。 3 ． 3 锅炉本体结构简介 该锅炉采用室外露天布置 ， 单锅筒 D H S型式 、 f { 然水循环方式 ， 集 中下降管 ， “ n” 型布置 ， 锅炉前 部为炉膛 ， 四周布满膜式水冷壁 ， 采用厚度较小的敷 管炉墙结构 ， 炉顶 、 水平烟道及转向室均布置了顶棚 和包墙膜式壁， 尾部竖井烟道中交叉布置两级省煤 器和空气预热器。 根据锅炉本体结构特点和受力形式 ， 组成空间 框架体系， 框架采用全钢焊接结构 ， 按 7度地震烈度 I I 类场地设计。炉膛 、 过热器和上级省煤器全悬 吊 在顶板梁 f ， 尾部空气预热器和下级省煤器传递到 柱 和梁 r 见 图 2 。 为 _ r 防止l天 J 燃烧不稳定引起炉 内爆炸 ， 炉膛前 、 后墙布置 r重力式防爆 门， 炉膛顶部预 留熄火保护 装置的接 口； 考虑锅炉维护 、 检修 的方便 ， 在锅炉适 当位置设有一定数量检查门。 l ＼ l ／ 一 薛千 l ll I I 1 唾 』 E 匡 ＼ 1 1 一燃烧 器2 一柱和梁3 一 水冷 系统4 一 简 5 一 防雨棚6 一 } f J 汽集箱7 一高温过热器8 一 低 过热器9 一对流焦发器1 0 一省煤器1 1 一 气预热器 图 2 1 3 0 t／ h燃 B F G锅炉总 3 ． 3 ． 1 锅筒及内部装置 锅筒 内径 为 4 , 1 6 0 0 m m， 由材 质 为 Q 2 4 5 R ／ G B 7 1 3 的钢板制造 。锅筒通过 两对 吊架 吊 顶板 } 。锅筒内部为单段蒸发。锅筒内部共布置 4 4只 2 9 0 h i m旋风分离器进行粗分离， 分离 出的蒸汽通 过布置在锅筒顶部的钢丝网分离器进行二次分离 ， 锅筒 内还布置加药管 、 连续排污管 、 紧急放水管 等， 再循环管布置在锅筒水空间 ， 防止在启动时 ， 省煤器 中的水产生汽化。 3 ． 3 ， 2 炉膛及水冷壁的设计‘ 锅炉燃烧室为上下炉膛 ， 下炉膛布置燃烧器和 卫燃带 ， 上炉膛为冷却室。为了克服现有纯烧 B F G 锅炉技术的局限性 ， 炉膛缩腰 的目的在于改善下炉 膛的火焰充满度 ， 提高燃烧区的热强度 ， 强化燃烧 。 此外， 在确保稳燃条件下， 卫燃带的增减可调节炉膛 出L 1 温度和过热蒸汽减温幅度 。 根据燃料的特性 ， 为适应四角燃烧的需要 ， 炉膛 断面设计成正方形。考虑 到 B F G锅炉炉膛主要完 成蒸发吸热 ， 设计时选择合理的炉膛尺寸 ， 保证锅炉 的安全性 、 经济性。锅炉采用较大的炉膛容积 ， 煤气 燃烧产生的大量烟气能起到缓冲作用 ， 保证锅炉能 安全稳定地运行 。 水冷壁包括前墙水冷壁和后墙水冷壁。后墙水 冷壁在炉膛出 口向内凸出形成折焰角， 以改善炉膛 部空气动力场 ， 提高炉膛 I 部II lI 气充满度 ， 保护高 温过热器不直接受到炉膛高温烟气辐射 ， 使 术燃尽 的灰粒 在离心 力的作 用下从 炉膛 上部分 离下 来。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研究与开发 1 3 0 t ／ h燃高炉煤气锅炉的开发设计 1 3 前、 后墙水冷壁下部内折形成倾角， 组成炉膛炉底。 水冷壁的负荷都通过吊杆装置悬 吊在锅炉顶部 ， 锅 炉运行时整体向下膨胀。 3 ． 3 ． 3 燃烧器 目前 ， 国内 B F G燃烧器多采用旋 流燃烧 器 ， 形 成 四角切圆燃烧 ， 在炉膛 内部形成烟气切圆流动方 式 ， 加强内部烟气的扰动 ， 促进烟气与水冷壁的对流 换热。本锅炉在炉膛 的四角布置两层共 8个旋流式 燃烧器 ， 其炉 内假 想切 圆直径 为 6 2 2 0 0 m m 如 图 3 。由于锅炉以 B F G为燃料 ， 煤气和空气分别进入 燃烧器内外套管的环形通道 ， 通道里面设有导流叶 片， 燃烧器 中心留有点火通道。点火采用二级点火 系统 ， 由高能点火 器点 燃焦 炉煤气 ， 再 点燃 B F G。 燃烧器设有 电动推杆 ， 由电动推杆带动退 出工作位 置 ， 以保护高能点火器 。 图 3锅炉水平假想切 圆 最低稳燃负荷 为 3 0 ％额定负荷 。在低负荷运 行时 ， 可通过停用上层燃烧器来调控 。燃烧器 的设 计充分考虑 了拆装检修的便利。 3 ． 3 ． 4过热器及汽温调节 过热器采用对流结构 ， 过热器由炉顶 、 高温段及 低温段过热器组成 ， 喷水减温器设在两级过热器之 间。在设计过程中， 充分考虑了过热器金属管壁超 温 、 磨损等因素 ， 高温段过热器材质为 1 2 C r Mo V G合 金钢 ， 低温段过热器材质为 2 0 ／ G B 3 0 8 7碳素钢。全 部过热器蛇形管和集箱重量均通过吊杆装置悬 吊在 锅炉顶板梁上。 蒸汽温度调节均采用给水喷水减温方式 ， 喷水 水源取 自给水操纵台前锅炉给水 。在减温水管道上 装设有流量孔板 、 调节阀、 截止 阀等 ， 布置在高温过 热器与低温 过热器 之 间， 可 以保证 锅炉在 7 0 ％ 一 1 0 0 ％额定负荷范围 内， 达到额定 的蒸 汽过热温度 。 其次 ， 过热器 的热偏差现象 ， 主要 由工质侧流量和烟 气侧热力不均所造成 ， 同时还要考虑过热器 的吸热 量及流速问题 ， 选择合适的过热器受热面积 ， 合理的 喷水量， 避免过热器超温、 磨损等问题， 达到安全可 靠运行。 3 ． 3 ． 5 对流蒸发器 在低温过热器后布置一级对流蒸发器 ， 选定受 热面模块式的管子直径 和节距 ， 采用高效螺旋翅片 管 ， 保证 了管 内最优化 的热交换和合理 的流速。 3 ． 3 ． 6 省煤器、 空气预热器 省煤器采用螺旋翅片管， 双级布置， 水与烟气呈 逆流方 向。上 、 下级省煤器分别采用错列布置。蛇 形管均 由 4 3 2 m m双管 圈的 2 0 ／ G B 3 0 8 7碳素钢制 成 ， 每级组合件通过支撑梁将重量传到护板上 ， 最后 叠置在尾部钢架上 ， 上级省煤器支撑梁需要通风冷 却 ， 与风道连接。 在中温中压锅炉中， 蒸汽不需要进行清洗， 省煤器 的汽水全部进入锅筒。来 自给水操纵台的锅炉给水 自 左 、 右两侧引入下级省煤器入口集箱 ， 然后分左右两侧 对称逆流向上 ， 上级和下级省煤器之间， 两侧分别各连 接管交叉连接， 省煤器出口 用连接管引至锅筒。 空气预热器采用立式管箱结构， 分两级与省煤器 交叉布置。上级为 1 个行程 ， 下级为 2个行程。考虑 到低温引起的局部腐蚀 ， 将最下面的 2个行程之间， 设计成单独管箱， 以便于检修更换， 并选用耐腐蚀管 材 考登钢 。在各个行程之间用连通箱连接， 构成一 个连续密封的空气通道。空气预热器的烟风道均装 有胀缩接头， 用以补偿热态下的相对膨胀。 空气 自下级预热器前后墙引入 ， 从上级前、 后墙 引出， 与烟气逆流换热。为减少空气预热器的振动 ， 在管箱中设置防振隔板 。空气预热器管为薄壁碳钢 螺旋槽管。 在保证锅炉传热效果 的同时， 提高热风温度至 3 6 0 o C 左右， 以强化低热值 B F G的燃烧稳定。整个 预热器的重量通过横梁传递到尾部钢架上。 4 1 3 0 t ／ h燃 B F G锅炉热力计算汇总 表 1为 1 3 0 t ／ h燃 B F G锅炉 的热力计算汇总。 5 锅炉特点 1 考虑到燃 B F G锅炉燃烧 的稳定性 ， 炉膛采 取半开式、 不对称缩腰结构 ， 烟气流向合理 、 充满度 好 ， 燃烧室的热量对燃尽 室辐射少 ， 燃烧 室热量蓄 积 ， 对高炉煤气的着火 、 稳燃、 完全燃烧更加有利 。 2 锅炉控制采用 F S S S联锁保护， 自动化运行 程度高， 安全可靠 ， 操作简便 ， 保证锅炉安全启停 。 3 蒸 汽温度调节采用喷水减温 ， 增 大过热器 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 面积 ， 可保证锅炉负荷降至 5 0 ％B MC R 锅炉最大连 续蒸发量 时 ， 仍可安全 、 稳定正常运行。 4 布置对流蒸发器 ， 在不加大锅炉主体尺寸 的前提下， 可以弥补炉膛吸热量不足， 降低了省煤器 出 口沸腾度 ， 排除爆管发生的可能。同时 ， 省煤器工 质的流阻减少 ， 从而系统给水泵电耗减少 ， 降低锅炉 运行成本。 5 选用较高的烟气流速， 蒸发管屏和省煤器 采用螺旋鳍片管 ， 既节省空间， 又降低成本。 6 选取合适 的污染系数 ， 布置足够的受 热面 积 ， 确保额定负荷时排烟温度不超过 1 7 0℃。 7 大型中温中压高炉煤气锅炉采用单汽包炉 型在经济性上要优于双锅筒炉型。由于蒸发吸热量 占总吸热量 的 5 0 ％左 右 ， 如保证 炉膛 出 口温度在 8 5 0℃左右 ， 则炉膛的吸热量 占总吸热量的 4 0 ％ ， 选 用单汽包形式 ， 尾部省煤器 的出 口沸腾率为 1 0 ％ ， 远远低于推荐值 2 0 ％。且采 用炉膛来 吸热与采用 对流受热面来吸热相 比， 炉膛 吸热要省面积。 6 结束语 目前， 随着节能减排工作的不断深入， 余热余能 深度利用技术 的不断发展 ， 燃高炉煤气等余热 回收 利用产品也将不断进步并呈现出越来越广泛的应用 前景。锅炉行业和企业应紧跟形势 ， 加强研发与创 新， 不断推出符合市场需求的新技术、 新产品， 为国 家节能减排工作作出持续性贡献。强 参考文献 [ 1 ] 秦裕琨．燃油燃气锅炉实用技术 [ M] ．北京 【 f J 国电力 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 赵钦新， 惠世恩．燃油燃气锅炉[ M] ． 西安 西安交通大 学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 动力工程师手册编辑委员会． 动力工程师手册[ M] ． 北 京 机械工 、 I 出版社 ， 1 9 9 9 ． K E L I A N G绵阳科良节能环保科技有限公司 科良 节能 国家专利节能设备一新型蒸汽回收机 专利 号Z L 2 0 1 3 2 0 0 9 5 6 3 4 ．0 高温汽水混合回收技术设备_‘ ‘ 蒸汽 回收机” ，是 由蒸汽回收机发明人吴平先 生二十八年前研制发明创造的 ， 曾先后获得 1 0 项 国家专利权 ，是 国家认定的专利节能产 品。 新型蒸汽回收机主要用于有蒸汽锅 炉的工厂 ，其主要是把用汽 设备排放 的尾 汽及高温凝结水，完全 以高温汽 水混合物的形式，直接加压回收进锅筒内，热能直接回收。回收压力可达到2 MP a ，温度可达2 2 5℃。现在罐式多级 泵 回收设备是不可实现 的，不可 能达到 的高效节 能率 。经 国家权威机构检测其综合节 能率达 到2 5 ％，节能效益十 分显著 ，经过节能的燃煤 燃气 拆算 ，4 ～5 个 月就能回收设备投 资，是每个企业在节能技 改方面“ 投 资少，见 效快 ，费低效宏” 的首选设备 。 为了使更多用户真 正用上性 能好、耐用性强 、节能效益高 的蒸汽回收 机 ，我公司热忱欢迎 锅炉厂家推荐 ，可 以为你们 新老客户锅炉 与之 配套 ， 不但 实现 了锅炉节 能最大化 ，也成 为公司 个人 经济效益新 的增长点 。 同时也为我 国节能减排 ，改善环 境事业作 出新 的贡献 。 要获取更多蒸汽 回收机在全 国不同行业所取得 的节能信息 ，请直接百 度搜索“ 绵阳科良节能” 即可。“ 专利制造、品质保障” 销售 技术 业务 电话1 3 3 9 8 4 9 3 1 3 0 1 3 5 0 8 1 1 7 0 8 8 公司主页 h t t p ／ ／ w ww． my k lj n ． c o m ／ 邮箱 8 0 5 5 6 7 1 5 0 q q ． c o m K L 一 双缸型蒸汽回收 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m