龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
大型循环流化床锅炉掺烧焦炉煤气的研究
作者：尹立亚 宋伟 王克宏
来源：《中国新技术新产品》2013年第15期
摘 要：本文以300MW循环流化床锅炉煤气掺烧项目为研究对象，在分析掺烧焦炉煤气意义的基础上，就煤气掺烧方案的确定与节能效果进行了分析评价。以期对国内国类同机组进行煤气掺烧提供参考。
关键词：循环流化床锅炉；煤气掺烧 中图分号号：TK22 文献标识码：A 1 项目简介
某年产130万吨大型捣固焦化厂与2×300MW发电厂仅一墙相隔。为2×50孔JNL55-50D型、双联下喷、单热式废气循环、侧装煤捣固焦炉，炭化室高度5.5m，年产100万吨优质冶金焦。
2 掺烧焦炉煤气的意义
2.1 降低记录煤气对大气造成的污染
作为生产工艺的副产品-焦炉煤气的处理是一个重要问题。每小时平均产量2.65万立方焦炉煤气排放到空中，必将造成大气的严重污染，而且浪费宝贵的化工资源。若进行煤气深加工，其投资额约为3亿元人民币，且存在潜在的投资和环境风险。 2.2 提升锅炉燃烧的质量
焦炉煤气的主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳等，发热值在3800-4000Kcal/Nm3左右。我公司锅炉为循环流化床锅炉，其特有的炉内燃烧工况及稳定的床温十分适合掺烧焦炉煤气。掺烧焦炉煤气除在价格上比煤炭具有一定优势外，还可减少锅炉受热面的磨损，提高燃烧效率，减少环保压力，是一个双赢的合作。
2.3 有利于提高循环流化床锅炉的稳燃运行
由于循环流化床锅炉燃烧的特殊性（炉膛床温高、不易熄火或即使熄火后短时间炉膛仍会维持很高的温度），煤气进入炉膛爆燃的可能性极小；在30%煤气掺烧份额以内，不会对锅炉的循环燃烧及尾部受热面的传热造成大的影响，也不会影响锅炉的正常稳定运行。 3 煤气掺烧方案的确定与可行性分析
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
3.1煤气掺烧方案的提出为了充分的利用
焦化厂产生的焦炉煤气，达到资源综合利用的目的，两台锅炉在原来掺烧煤泥、煤矸石的基础上进行了焦炉煤气的技术改造，每台锅炉掺烧焦炉煤气额定量为20000Nm3/h，最大掺烧量～33984Nm3/h，。最大掺烧量时焦炉煤气到炉前的压力约为30KPa（g）。根据锅炉现有布置情况，结合焦炉煤气特点，在锅炉侧墙、后墙交错布置共计8 只气体燃烧器，即两侧侧墙各1 只、后墙6 只。燃烧用风取自上二次风箱。 3.2方案的可行性分析
3.2.1 CFB锅炉掺烧焦炉煤气的稳燃特性分析
对于一般的CFB锅炉来讲，当锅炉满足50%～100%BMCR负荷条件时，锅炉的燃烧不需要进行调整就可以达到汽机的参数标准。如果锅炉低于50%～100%BMCR负荷时，就需要对锅炉进行一定的调整。一般情况下，当锅炉燃烧的负荷在50%～100%BMCR的范围之内锅炉的床体温度、炉膛出口过量气体的系数基本不会发生变化，而在这种状态下，炉膛出口的温度的变化也非常小，这时只有空气量以及下部排烟速度会随着负荷的变化而发生改变，过热器出口的温度应持续在额定值之内。
3.2.2改造后对各受热面及尾部烟道的传热影响
改造后，对锅炉出口也就是分离器进口烟温为908℃，锅炉排烟温度为145℃，各蒸汽及烟气运行参数均正常。锅炉能稳定运行。 3.2.3 煤气掺烧可行性分析
煤气的使用具有一定的安全隐患，当煤气进入锅炉时如果实现完全燃烧那么就产生爆炸的危险，所以，我们在使用煤气掺烧的过程中，只能将煤气作为正常燃烧的原料，不可以将煤气用来点火。只有在锅炉炉膛内的温度达到六百五十度以上时，才可以注入煤气进行燃烧，只有在该温度条件下注入的煤气才能被完全燃烧，这样就可以充分地避免因煤气的不完全燃烧在炉膛内大量的积累而导致的锅炉爆炸情况的发生。为了解决这一个问题，我们要设置一个完善的联锁保护机制：当MFT进行动作时，能够迅速地关闭焦炉煤气；当焦炉煤气的压力低于正常压力时迅速关闭煤气；二次风压低于需要值时迅速关闭煤气；焦炉煤气和炉膛差压低于标准值时迅速关闭煤气；设置单个燃烧器的灭火保护功能。保证上述事项以后，我们还要充分关注焦炉煤气在启动系统设备的过程中需要满足的条件：二次风压要大于允许值；保证炉膛温度在六百五十度以上；保证焦炉煤气的气压大于规定值。
通过内外层共同输入煤气、阻燃二次风。将二次风管改造成复合式的结构，风管的内层用于传输煤气，外层则作为二次风的流通管道。通过二次风可以帮助煤气的完全燃烧同时也可以冷却喷口。可以在燃烧器上设计一个留观火孔，从而便于掌握炉内火焰燃烧的情况。对于在炉
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
区工作的人员必须配备煤气含量超标的 仪器。我公司针对改进后的锅炉，着重强化了煤气输送区的安全管理。
煤气的掺烧范围在20%（热量含量）以内，技术上讲不会对锅炉的安全经济运行造成危害。在入炉煤气快速切断、联锁保护完善、安全管理到位并采取以上措施的情况下，安全上不会有任何问题。在经济论证合理的前提下，该项目可以实施。 3.3方案的确定 3.3.1燃烧器风量的确定
鉴于目前锅炉已经投运，因此焦炉煤气燃烧器的出力设计应首先考虑不会引起原锅炉方案的重大变化来进行。本锅炉方案中，进入炉膛的燃烧用风主要有三路，第一路是来自一次风空预器出口的炉底一次风和播煤风，主要用于炉内物料的流化和入炉煤的播散，该风量根据锅炉燃料特点及燃料耗量等进行设计，炉膛布风板、给煤装置等尺寸根据该风量进行设计，因此一旦锅炉结构尺寸确定，该风量不会有较大调整。第二路是来自高压流化风机出口的高压流化风，主要用于回料器返料用风，该风量的设计根据锅炉容量及结构布置特点确定，且风量为固定用风量，一般不随锅炉负荷变化而变化。第三路是来自二次风空预器出口的二次风，通过二次热风道进入布置在炉膛前后墙的二次风箱，由二次风支管送入炉膛，作为燃料的燃尽用风和燃烧调整用风，该路风量的设计根据锅炉总燃烧用风量及一次风和流化风量确定，且在上下层二次风设计中，还需考虑工况及燃料变化等情况下燃烧调整需要。根据锅炉总体布置特点，确定焦炉煤气燃烧器用风取自炉膛前后墙上二次风，因此焦炉煤气燃烧器的设计用风量应主要考虑对炉膛二次风，尤其是上二次风的影响。 3.3.2燃烧器出力的方案确定
按照焦化厂给出的数据，单台锅炉所设计的燃烧焦炉煤气量为33.9×103Nm3/h。按照这一标准，在保证锅炉设计效率不变的情况下，焦炉煤气所输入的热量达到了总锅炉总输入热量的百分之二十，单个燃烧器所输入的热量为百分之二点五，加上前后墙燃烧器交错布置，因此 锅炉的改造对炉内流场不会产生太大的影响。从计算结果中我们可以发现，当所有的煤气燃烧器同时投入使用时，所需要的燃烧风量是85.6×103Nm3/h，燃烧用风量占二次风总量的百分之二十七点三，在锅炉的实际运行中，我们通过调节一、二次风的输送比例，就可以有效地保证二次风在锅炉内流场的扰动效果，既可保证焦炉煤气的有效利用，同时也使入炉燃料的着火和燃尽等运行参数保持在在一个较为优化的范围内，使对锅炉的性能参数不产生较大的影响。
除此之外，基于焦炉煤气的特点，我们在进行焦炉煤气管道设计的过程中，要充分考虑到防爆的问题，从而充分地保证锅炉运行的安全性焦炉煤气因其CO、N2含量不符合城市燃气标准，从充分利用能源和保护环境的要求出发，适于直接在锅炉中掺烧。循环流化床锅炉掺烧煤
大型循环流化床锅炉掺烧焦炉煤气的研究
