纯燃高炉煤气锅炉热值变化对运行的影响
秦小东 朱宇翔
摘要：本文通过对高炉煤气特性的分析，以及三台高温高压锅炉受热面比较，得出高炉煤
气热值变化对锅炉运行的影响。
关键字：纯燃高炉煤气锅炉 吸热特点 运行
Effect of Heating Value Changing in Pure Burning BFG Boiler
Qin Xiao-dong , Zhu Yu-xiang
Abstract: As per analysis of BFG (blaster furnace gas) characteristic property, as well as three boilers comparison, obtain heating value changing effect the boiler operation.
Key words: Pure firing BFG boiler; Characters of absorbing heat; Operation.
0.前言
高炉煤气是冶金行业在高炉炼铁过程中的一种副产品，高炉煤气作为一种动力燃料具有热值低，不易着火，燃烧不稳定的缺点而且气源不稳定。相对于燃煤锅炉，燃气锅炉的研究与设计要薄弱得多，特别由于高炉煤气作为锅炉的完全燃料，使锅炉的结构和运行都具有其特有的特性。本文以三台高温高压锅炉受热面数据比较（一台燃煤，两台燃高炉煤气），上海威钢能源公司的一台220T/H的纯然高炉煤气的为例，介绍了全然高炉煤气高温高压锅炉的特点，并着重阐述分析燃料热值下降对锅炉运行的影响。
1.高炉煤气的特性
1.1高炉煤气的成分及发热量 高炉煤气其主要可燃成分是CO和少量的H2，其余为惰性气体N2和CO2,与其它动力燃料相比它是一种低热值燃料。表1为上海威钢利用的高炉煤气具体成分指标。
表1 高炉煤气各成分的体积分数 % 燃料成分 变化范围 CO 21-25 CO2 19-25 H2 1-4 N2 50-57 含尘量 ≤ 50mg/ m3 含水量 ＜ 10g/ m3
根据CO及H2的低位发热量可计算出高炉煤气的低位发热量，见表2。
表2 CO、 H2低位发热量及高炉煤气的低位发热量 低位发热量kJ/ Nm3
一般说来，理论燃烧温度随着燃气低位发热量的增大而增大。高炉煤气的理论燃烧温度
CO 12644 H2 10794 高炉煤气 2763-3592 比高发热量的燃料低得多，各种燃料的理论燃烧温度见下表3
表3 各种燃料理论燃烧温度对比 燃料类别 理论燃烧温度 烟煤 1900-2100℃ 燃油 2000-2200℃ 天然气 1800-2000℃ 高炉煤气 1100-1300℃ 通过上表，可发现高炉煤气的理论燃烧温度较其它燃料相比要低很多，即使将其预热至 180℃其理论燃烧温度也仅有1300℃，而火焰的热辐射力又与其绝对燃烧温度的四次方成正比，因而，燃用高炉煤气所产生的火焰辐射力较低，同时燃用高炉煤气时与燃用煤和油时不同，烟气中不含有碳黑和灰粒，仅依靠烟气中的三原子气体传递辐射热，因而高炉煤气燃烧后所产生的烟气自身的辐射力弱，与燃用烟煤的锅炉相比全燃高炉煤气的锅炉的传热能力下降60％。
1.2 高炉煤气燃烧烟气量
纯烧高炉煤气锅炉烟气量大，下表4为产生1MJ燃烧热燃料燃烧烟气量。
表4 产生1MJ燃烧热各种燃料燃烧产生烟气量对比 燃料 COAL COAL COG BFG 热值 25080KJ/Kg 20900 KJ/Kg 16720 KJ/ M3 3380 KJ/ M 产生烟气量 0.34 M3 0.37 M3 0.3 M3 0.48 M3
从上表可以看出，相同热负荷情况下，高炉煤气燃烧所产生的烟气量比其它燃料燃烧所产生的烟气量多30-60％。燃用高炉煤气产生的烟气量多，因而烟气的流速加快，对流换热量正比与烟气流速的0.8幂，对流加热面的换热强度势必加强，易引起对流过热器超温同时排烟损失也较大。
1.３ 高炉煤气不稳定性
由于高炉煤气是高炉炼铁过程中的一种副产品，其主要参数热值及压力受制于高炉运行工况。当高炉工况发生变化时会引起高炉煤气热值、压力大幅变化，在笔者从事的七年高炉煤气锅炉运行生涯中，这种高炉煤气热值、压力大幅变化时有发生，热值最大波动幅度超过３０％多，这一点与燃煤锅炉有着很大区别。
2. 锅炉受热面及吸热比较
2.1 220T/H威钢、首钢高压纯燃高炉煤气锅炉与燃烟煤锅炉受热面对比(比较数据来自文献[1]
)。以下表格中以（高炉煤气*）表示威钢锅炉数据。 2.1.1炉膛
表6为炉膛热力计算数据。高炉煤气理论燃烧温度比烟煤低600℃左右，火焰黑度约比烟煤弱45%，使得炉膛辐射换热量大大减少，比烟煤降低了31.6-39.3%。而炉膛辐射受热面需增加15.9-23.6%，同时炉膛出口温度下降34.4-46℃。
表6 炉膛计算数据 燃料种类 烟煤 高炉煤气 辐射受热面积m 756.9 877.4 2理论燃烧温度℃ 1995 1347 炉膛出口温度℃ 1027 981 吸热量MW 95.2 57.8 高炉煤气* 936 1418 992.6 65.1 2.1.2 过热器 一般的说，过热器的汽温特性主要受到受热面布置的影响。对于NG-220/9.8-Q1锅炉在炉膛出口处布置有半辐射式受热面——屏式过热器，吸收炉膛辐射热，其余为对流过热器。计算表明：高炉煤气锅炉辐射过热器吸热量只占总过热吸热量的5%，其汽温特性基本接近纯对流式过热器的汽温特性。表7为高温和低温过热器的计算结果。
表7 高温和低温过热器的计算数据 燃料种类 烟煤 高炉煤气 高炉煤气* 受热面积m 2烟气流速m/s 高过 8.7 13.1 13.9 低过 8.7 14.4 15.5 吸热量MW 高过 21.01 18.27 15.80 低过 13.92 14.79 15.13 高过 972 664 659.8 低过 870 515 661.8 以对流过热器为主的过热器系统，吸热量主要取决于传热温压和传热系数。而高炉煤气含有大量惰性气体，燃烧产物的容积流量较大，对于50MW高压锅炉，燃用高炉煤气时烟气容积流量比燃用烟煤大50%多，相应的烟气流速也提高50%多，传热系数因此也大大提高。基于以上分析，高炉煤气锅炉对流过热器面积比烟煤锅炉减小28-34%。 2.1.3 省煤器
燃煤高压锅炉炉膛蒸发受热面吸热量占工质从水到饱和蒸汽总吸热量的88%，而高炉煤气锅炉只能完成55.6-60%，其余必须有省煤器来完成。为此，高炉煤气锅炉省煤器沸腾度达到25%。计算表明对于50MW高压锅炉，省煤器吸热量比燃用烟煤锅炉增加2.3-2.6倍，受热面积是燃用烟煤锅炉的1.55-2.02倍。表8为省煤器的比较数据。
表8 省煤器技术数据 燃料种类 烟煤 高炉煤气 高炉煤气* 受热面积m 1890 3819 2934.6 2烟气流速m/s 8.06 12.4 13.3 传热系数kw m/℃ 0.051 0.086 0.068 2吸热量MW 12.8 46.2 42.68
2.2 纯燃高炉煤气与燃煤锅炉的三种受热面面积比较
220T/H高压纯燃高炉煤气锅炉与燃煤锅炉的炉膛、过热器及省煤器的数据比较见表9，
表9 炉膛、过热器及省煤器的面积数据比较 烟煤 高炉煤气 高炉煤气*
炉膛面积m 756.9 877.4 936 2过热器面积m 1842 1179 1321.6 2省煤器面积m 1890 3819 2934.6 23.燃料热值变化对锅炉运行的影响
3.1 燃料热值变化对燃煤锅炉运行的影响
当燃煤锅炉燃料热值变化时,为保证额定蒸发量会相应改变输入燃料量,根据燃烧反
应方程式,其产生的烟气量没有太大变化(除水分变化外),故对锅炉炉膛后的对流受热面来说吸热量不会有明显的变化,只要燃料的热值满足稳定燃烧的要求,锅炉各受热面吸热在额
纯燃高炉煤气锅炉热值对运行的影响
