链条炉掺烧低热值煤气的节能改造

许清波,刘彦丰,崔向阳

(1.华北电力大学能源与动力工程学院,保定071003;2.广州环保技术设备有限公司,广州510660)

吉林长山化肥集团有限公司在2003年11月进行了恩德粉煤气化改造,改造后由于恩德粉煤气化炉采用循环流化床气化方法气化温度低,煤气中甲烷含量高达1.8%～2.8%,造成合成氨生产过程中产生的合成吹除气量过大,达到4 000 m3/h。合成吹除气的主要成分是CH4,H2,N2和少量的氨气,其热值约为13 MJ/m3,是一种可利用的低热值煤气。为了利用合成吹除气实现节能减排,长山化肥成功地对公司已有的2台35 t/h链条炉进行了掺烧低热值煤气燃烧技术改造,改造后链条炉运行稳定,节能效果良好,取得了很好的经济效益和环保效益。本文将介绍改造的方法以及改造后使用情况。

动力厂目前运行的2台35 t/h链条炉锅炉,为武汉锅炉股份有限公司制造,型号为WGZ-35/3.82-5。锅炉的原设计燃料为褐煤,消煤量 9 604 kg/h;锅炉的给水温度104℃,排烟温度150℃,锅筒的工作压力为4.22 MPa;生产的过热蒸汽额定压力为3.82 MPa,额定温度为450℃;锅炉设计热效率为88.36%。改造要求该锅炉能够掺烧氮肥生产过程中产生的低热值合成吹除气,燃用由层燃褐煤、室燃褐煤粉和合成吹除气组成的混合燃料,按热值百分比褐煤占燃烧份额的70%,合成吹除气占燃烧份额的30%,其中褐煤的低位发热量18 175 kJ/kg,煤粉成分见表1,合成吹除气的低位发热量为12 980 kJ/m3,成分见表2。

表1 煤粉成分质量百分比%

表2 合成吹除气的成分体积百分比/%

链条炉具有安全可靠、运行稳定、操作方便、热效率较高和消烟除尘简便等特点,但是改造前只能燃烧褐煤,不能燃烧气体燃料,链条炉掺烧煤气后燃烧方式为燃气无焰燃烧加燃料煤层燃燃烧,以燃煤为主。气体燃烧器采用扩散式燃烧器,型式为蜗壳式送风,周边供气。

对于低热值煤气燃烧,在着火期间宜推迟煤气与空气的混合以使煤气能达到一定的浓度而着火,燃烧期间宜加强煤气与空气的混合,以利燃尽和减少烟气产生量。气体燃烧器按燃烧方式可分为扩散式燃烧器、半预混式燃烧器和预混式燃烧器。预混式燃烧器燃气与一次风完全混合经燃烧器喷入炉内燃烧,虽然燃烧完全,燃烧效率高,燃烧热强度大,但是要求燃气热值及密度稳定,发生回火可能性大,调节范围小,燃用低热值的燃气可能造成煤气浓度低于着火下限。研究表明对于低热值煤气燃烧宜采用扩散燃烧方式,扩散式燃烧器燃气中不预混空气,燃气经过燃烧器喷入炉内,借助扩散作用与空气边混合边燃烧,燃烧器的结构紧凑,体形较轻,热负荷调节范围大,要求的燃气压力较低,易于实现煤—气联合燃烧;其缺点是火焰较长。

改造使用的燃烧器最大出力按照目前的供气量2 000 m3/h考虑,每台炉按设置两台燃烧器计算,每个燃烧器的最大出力为1 000 m3/h。根据安全、可靠和高效原则,将燃烧器布置在锅炉两侧墙,以锅炉中心线为对称布置,标高约为1.55 m处从锅炉两侧墙原观火孔处向炉后斜向喷进,燃烧器与炉膛纵向中心线成35°,安装时将原侧墙观火孔取消,水冷壁让管。这样便于燃气管路及空气管路的集中布置,既经济节约,又便于操作。在燃气系统管路中设置有闸阀、燃气管路中设有置换和排空管路,排空管路接出室外。台燃烧器前的风管分别配置可调风门。燃气在炉内燃烧时,过量空气系数为1.10,燃气所需的压力为3～4 kPa,空气所需的压力2～3 kPa,空气分别取自左右一次热风道。为避免由于煤气压力低产生回火,设置防回火器。为避免爆炸点火前必须吹扫干净,熄火后必须迅速断燃料,防止造成炉膛和后部烟道爆炸。

链条炉掺烧合成吹除气燃烧后,炉内燃烧情况稳定,各设计参数没有太大变化,锅炉带负荷能力完全达到原设计能力,锅炉给煤机转速下降80 r/min左右,节省发热量为20 MJ/kg的长焰煤2 t/h。而且当煤与吹除气掺烧时,增强了炉膛内的扰动和混合,促进了漂浮在炉膛内的煤粉末的燃尽,故排烟初始浓度降低,有效解决了锅炉冒黑烟问题。抛煤机链条炉掺烧合成吹除气后,提高了锅炉着火和燃烧的稳定性。炉排上方空间有合成吹除气燃烧形成的高温火焰和炽热气流,炉排上有燃烧的煤层,当新燃料被抛到炉排上时,立即受到上下两方面的加热,使很难着火的煤也能在炉排上顺利着火,高效燃烧。炉排上稳定的燃烧火床,又是吹除气着火的可靠火源,避免了煤气的着火与打炮问题。热值约为12 980 kJ/m3的1 m3的合成吹除气可以折算为0.442 86 kg标准煤,每年按7 000 h计,掺烧煤气可以节约标准煤为12 400 t。如果低位发热量为20 934 kJ/kg的原煤价格按 290元/t计算,年节约燃料费用为503.44万元。

合成吹除气在抛煤机链条炉应用节能效果显著,通过掺烧燃烧技术改造后,链条炉运行稳定,锅炉出力好,燃烧效率提高,热效率提高,锅炉排烟原始含尘减低,排烟除尘效果好,既有经济效益,又有环保效益。