煤氣燃燒器開發(fā)與應用

在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的焦化廠中管式爐大多使用焦爐煤氣作為熱源，每年要消耗大量的焦爐煤氣，而在鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐中產(chǎn)生的大量低熱值高爐煤氣，由于著火溫度高、著火濃度范圍窄、燃燒穩(wěn)定性差、容易熄火等原因，應用范圍受限，除一部分用于加熱爐外，剩余部分沒有利用。在全民環(huán)保意識增強和國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策要求下，節(jié)約高熱值、經(jīng)濟價值高的焦爐煤氣，充分利用低熱值的高爐煤氣，已成為各鋼鐵企業(yè)焦化廠亟待解決的一個課題。管式爐用高爐煤氣燃燒器利用高爐煤氣作為焦化廠管式加熱爐的熱源，擴大了高爐煤氣應用范圍，降低了能源消耗，可廣泛用于鋼鐵企業(yè)的焦化廠，具有很好的推廣價值。

煤氣燃燒器開發(fā)要點

管式爐要采用高爐煤氣替代焦爐煤氣，必須要有安全、高效的燃燒器。通過對高爐煤氣燃燒特性數(shù)據(jù)的分析，得出以下結(jié)論：高爐煤氣最大的缺點是燃燒穩(wěn)定性差，易熄火。因此，在研制高爐煤氣燃燒器的過程中，如何確保安全、有效地使用高爐煤氣，是關(guān)鍵所在。

一氧化碳是高爐煤氣中的主要可燃成分，占可燃成分90%以上。它是一種無色、無味的有毒氣體，屬于高度危害。由于高爐煤氣著火溫度比焦爐煤氣高，著火濃度范圍窄，一旦出現(xiàn)壓力波動使燃燒器脫火，造成爐內(nèi)熄火，煤氣外泄，就會釀成重大安全事故。因此，防止熄火是本項技術(shù)的關(guān)鍵。通過對高爐煤氣燃燒特性的分析，要防止燃燒器熄火必須滿足高爐煤氣燃燒的必要條件如下：1）空氣與煤氣的相對濃度要合適，在可燃區(qū)間內(nèi)。2）控制燃燒器出口的煤氣平均速度在可燃區(qū)間內(nèi)。3）預熱煤氣，使煤氣溫度靠近著火溫度，容易著火。4）在燃燒器出口設(shè)值班火炬（長明燈）作為點火源。

為確保燃燒器不熄火，在燃燒器中央增設(shè)1個輻射管式值班火炬，高爐煤氣燃燒器簡圖見圖。

高爐煤氣燃燒器為三重圓筒，最外層是空氣通道，中間層為主高爐煤氣通道，中央是輻射管式值班火炬。高爐煤氣燃燒器由燃燒室、輻射管及值班火炬組成一個獨立體系以防止外界條件變化影響燃燒。燃燒室設(shè)引射式噴嘴，利用煤氣余壓引射空氣混合后燃燒。為了穩(wěn)定燃燒，此處采用燃燒特性好的燃料（焦爐煤氣等），燃燒火焰經(jīng)輻射管可以加熱管外的主高爐煤氣，輻射管頭部是值班火炬，位于燃燒器主煤氣出口上方，并設(shè)有多個側(cè)向噴火孔。外層的空氣和煤氣在燃燒器出口處混合后，被最內(nèi)層的值班火炬噴出火焰點燃。

煤氣燃燒器方案與特點

由于焦爐煤氣與高爐煤氣的燃燒特性不同，必須對采用高爐煤氣的管式爐重新進行技術(shù)參數(shù)核算。一般焦化 廠管式爐輻射室頂部溫度為600～650℃，輻射室爐墻溫度約800℃。從以上數(shù)據(jù)可以看出，按熱值折算， 5.4m³高爐煤氣相當于1m³焦爐煤氣。熱值相同的焦爐煤氣與高爐煤氣的理論空氣量與理論煙氣量相差不大，燃料替換后管式爐結(jié)構(gòu)尺寸可以不變。為驗證輻射管式值班火炬裝置，制作了火炬裝置并進行了燃燒試驗，燃料為液化石油氣。輻射管加熱后呈暗紅色，頂部噴出火焰長度約200～400mm。試驗證明了方案可行。在輻射管式值班火炬試驗成功的基礎(chǔ)上，設(shè)計出能力為1MW的管式爐用高爐煤氣燃燒器。

以下為418萬kJ/h高爐煤氣燃燒器技術(shù)數(shù)據(jù)：高爐煤氣燃燒器每臺供熱量：QB=418萬kJ/h；高爐煤氣壓力：4kPa；高爐煤氣發(fā)熱量：qB=3344kJ/m³；高爐煤氣量： VB=1 250m³/h；高爐煤氣比熱： CB=1.8346kJ/(m³·℃)；輻射管用焦爐煤氣量： VC=10m³/h；焦爐煤氣壓力： 4kPa；焦爐煤氣發(fā)熱量： qC=17556kJ/m³；焦爐煤氣燃燒發(fā)熱量：QC=175560kJ/h。

研制高爐煤氣燃燒器結(jié)構(gòu)時充分考慮了焦化廠的操作習慣，采用與兗州工程中引進的燃燒酸汽的克勞斯爐燒嘴相近的結(jié)構(gòu)，煤氣和空氣均不用另設(shè)加壓機，操作簡單方便。因該燃燒器的燃料要比酸汽的燃燒性能好，可以穩(wěn)定燃燒。高爐煤氣燃燒器的輻射管內(nèi)焦爐煤氣用量僅占總熱量的4.2%左右，主要熱量來自高爐煤氣。國內(nèi)燃燒器的定型產(chǎn)品均采用風機加壓一種氣體以引射另一種氣體的方案。該裝置采用帶輻射管的值班火炬，輻射管提高燃氣溫度后，可以擴大可燃極限，值班燃氣采用摻混少量焦爐煤氣的高爐煤氣，替代效果更好。

• 高爐煤氣燃燒器堵塞的原因分析及解決思路

車間組織對燃燒器堵塞原因進行深入分析，經(jīng)分析主要原因如下：

（1）雜質(zhì)主要來源于高爐煤氣，與高爐煤氣一起輸送至鍋爐燃燒器區(qū)域。

（2）高爐煤氣在經(jīng)過旋流葉片時，氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生沿管道徑向的速度，氣流撞擊旋流葉片，部分雜質(zhì)粘附在旋流葉片上。

（3） 高爐煤氣燃燒器旋流葉片設(shè)計不合理，未充分考慮燃料雜質(zhì)的影響。高爐煤氣在經(jīng)過旋流葉片時節(jié)流明顯，且葉片數(shù)量多、葉片間通道太小，加劇了雜質(zhì)的積聚。

（4）旋流葉片不耐腐蝕，而高爐煤氣有酸性腐蝕性，旋流葉片腐蝕后產(chǎn)生凹坑，加劇了雜質(zhì)的粘附積聚。

（5）旋流葉片靠近爐膛，雜質(zhì)被高溫燒結(jié)。

（6）高爐煤氣壓力偏低，有雜質(zhì)積聚時不易靠煤氣自身動能吹除，高爐煤氣壓力越低越容易積聚雜質(zhì)。

• 減少高爐煤氣燃燒器堵塞的解決思路

針對導致高爐煤氣燃燒器堵塞的原因，我們總結(jié)出了以下解決思路：

（1） 減少燃燒器的堵塞須減少進入鍋爐燃燒器處的高爐煤氣的含雜質(zhì)量。

（2） 減少燃燒器的堵塞可以考慮對燃燒器旋流葉片進行改造，在不影響煤氣與風的混合效果的前提下，減少其對雜質(zhì)積聚的影響。

（3）制作燃燒器的板材應采用耐熱耐腐蝕材質(zhì)。

（4）投用鍋爐高爐煤氣燃燒器時一層一層投燒，防止多層燃燒器微量投燒，調(diào)節(jié)閥門節(jié)流導致煤氣流速低加劇雜質(zhì)積聚。

（5） 煤氣自身動力不足以吹除的積聚在旋流葉片的雜質(zhì)，可以考慮使用外接較強的動力源將積聚的雜質(zhì)吹除。

• 減少高爐煤氣燃燒器堵塞的措施實施

針對高爐煤氣燃燒器堵塞的原因分析和解決思路，我們主要實施了如下措施：

（1）要改善煤氣質(zhì)量、減少煤氣含雜質(zhì)量必須增加或改進煤氣的除塵凈化設(shè)施, 但這必須要有較大的資金投入。我們只需要減少到鍋爐燃燒器處的雜質(zhì)，因此我們考慮在煤氣總管道的垂直管段的下端改用粗管道，利用離心力、重力作用使雜質(zhì)沉淀至管道底部，停爐時對雜質(zhì)進行清理。

（2）對旋流葉片進行改造，將旋流葉片輪由原先的一組改為串聯(lián)的兩組，每只旋流葉輪上的葉片數(shù)由原先的 18只減少為9只，兩只葉輪的葉片插空安裝，間距間隔20cm。（3） 利用鍋爐定修時機，用耐高溫的不銹鋼0Gr18Ni9 制作新燃燒器。其耐氧化溫度達到850℃，耐腐蝕性能也較強，防止了因燃燒器旋流葉片腐蝕出現(xiàn)凹坑對雜質(zhì)粘附的加劇作用。

（4） 在高爐煤氣燃燒器旋流葉片處增設(shè)蒸汽吹掃裝置，吹掃蒸汽從鍋爐過熱器集汽集箱引出，引至爐膛上層后分至爐膛四角，每只旋流葉片對應一個吹掃裝置，吹掃裝置由蒸汽管道、電動閥門、蒸汽噴口組成，蒸汽從吹掃口高速吹出，利用高溫熱能與高壓動能“先烘烤軟化，后吹掃”，吹除積存的雜質(zhì)。每半月吹掃一次，吹掃時采取先疏水暖管、逐只噴燃器逐層清掃的措施，先退出該只燃燒器燒嘴再進行清投。

（5）運行調(diào)整時，投用鍋爐高爐煤氣燃燒器一層一層投燒，防止多層燃燒器投運，閥門開度過小節(jié)流導致改造煤氣流速低加劇雜質(zhì)積聚。

熱風爐煤氣燃燒器是一種冶金的專業(yè)術(shù)語。

一種熱內(nèi)爐煤氣燃燒器，具有基本上由一（3）異形磚（12、13、14、15）構(gòu)成的燃燒器頂部，這些磚構(gòu)成燃燒器的至少一個燃燒空氣供氣道（2）和至少一個煤氣供氣道（1）的終端部分（3、4、5、8），依次用以供送燃燒空氣和煤氣。在兩個磚層中采用最多兩種基本型磚（12、13、14、15）以取得簡單價廉的結(jié)構(gòu)。同種基本型磚（12、14）都是相同的，但可配以輔助型磚，兩塊輔助型磚可組合成一塊基本型磚。2100433B