“热脏煤气”在燃气锅炉和其他窑炉的应用

张焕平

摘要：“热脏煤气”是一种价格低廉的燃料，燃气锅炉和其他窑炉通过改造可以使用，现在全球能源供应紧张，成品油料、天燃气、石油液化气等清洁燃料价格高昂，在我国能源消耗结构中，煤炭占主要比重情况下，推广使用“热脏煤气”，对企业降低成本，提高经济效益，改善能源消耗结构尤其重要。

关键词：“热脏煤气”；燃气锅炉；窑炉；改造；应用

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2015）26029102

我国是一个产煤大国，有丰富的储量，给燃煤锅炉和其他利用煤作为燃料的窑炉设计制造和使用提供了广阔的市场，由于燃煤锅炉和窑炉效率较低（约60%-80%），污染重（粉尘及林格曼黑度），受国家节能减排和较大城市环保政策的影响和约束，20t/h以下燃煤锅炉和大部分直接利用煤作为燃料的窑炉逐步进入淘汰之列。随着经济和科技的发展，以高效、清洁、污染少为主要特征的燃气锅炉和新型烧成窑炉逐步进入广大用户的选择视野，但目前全球能源供应紧张，天燃气、石油液化气等燃料价格高昂，燃气锅炉和窑炉运行成本居高不下，给用户带来沉重的经济负担，限制了燃气锅炉和窑炉的广泛使用，选择一种或几种优质价廉，符合国家和较大城市的环保政策的燃料及适应几种燃料的燃气锅炉和各种新型烧成窑炉成为我国当前广大用户的迫切需要。山东耐火材料集团有限公司所属子公司通过建设热煤气站，改造燃气锅炉和相关窑炉，利用“热脏煤气”，较好解决了烧成设备运行成本高，污染严重的问题，粉尘及林格曼黑度符合环保标准和要求，满足了生产需要和产品质量的标准要求，经济效益显著。下面以山东耐材集团中齐有限公司改造的燃气锅炉和窑炉为例介绍“热脏煤气”的应用。

1“热脏煤气”简介

（1）发生炉煤气：以煤或焦炭为气化原料，空气和水蒸汽为气化剂，利用煤气发生炉制造的煤气称为发生炉煤气，为充分利用我国煤炭资源和符合环保要求，大部分企业用户采用无烟块煤作为气化原料，少量用户采用烟煤作为气化原料。其中，我国阳泉无烟块煤质量较高。如表1。

表1阳泉无烟块煤的质量要求

低位发热值：kcal/kg6280挥发份：%8.00灰燃点：℃1150碳：%67.70氢：%3.10氧：%4.70氮：%1.0硫：%<0.7%（青岛市环保局要求硫低于0.7%）灰份：%16.80工作水份：%6.0发生炉煤气的技术指标如下：热值：5000 kJ/Nm3左右。

表2发生炉煤气的成分

成份CO2H2SCmHnO2COH2CH4N2Q%5.860.324.1614.621.2553.615110采用TG-3MI煤气发生炉生产的煤气出口温度550℃，出口压力1.47～2.45kPa，因不完全燃烧，输出的煤气含有较多的灰尘和煤粉，低温时含有少量的煤焦油析出，因此发生炉煤气又被俗称为“热脏煤气”，发生炉煤气易爆、易燃、有毒，属于低热值气。

（2）高炉煤气：高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为：CO，CO2，N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2，N2的含量分别占15%，55%，热值仅为3500kJ/m3。属于低热值气的“热脏煤气”。高炉煤气因为热值低，可以和焦炉煤气混合使用。

（3）发生炉煤气和高炉煤气在我国冶金、化工、陶瓷、建材等行业有广泛的应用，高炉煤气在我国钢铁企业等应用尤其广泛。

通过调查国内外有关生产锅炉和燃烧器厂家和使用客户并通过网上检索发现，目前国内外很少存在直接用“热脏煤气”供燃气锅炉和其他新型烧成窑炉燃烧的用户和实例。

2锅炉和其他烧成窑炉简介

（1）锅炉：按锅炉的本体结构分为火管锅炉和水管锅炉。火管锅炉分为立式锅炉和卧式锅炉。立式锅炉分为立式横水管锅炉、立式横火管锅炉、立式双回程火管锅炉、立式垂水管锅炉。卧式锅炉分为：卧式单炉胆（双炉胆）锅炉、卧式内燃三回程锅炉、卧式内燃四回程锅炉、卧式外燃回火管锅炉。水管锅炉分为横水管锅炉和竖水管锅炉。横水管锅炉分为：立式横直水管锅炉和分联箱直水锅炉。竖水管锅炉分为：双锅筒纵置式D形弯水管锅炉、双锅炉横置式锅炉、三锅筒弯水管锅炉、单锅炉人字形水管锅炉。按锅炉的燃烧料种类分为：燃煤锅炉（包括煤块、煤粉、燃煤水浆）、燃油锅炉和燃气锅炉。其中燃气锅炉的燃料主要为天然气、石油液化气、沼气、焦炉煤气、冷却净化后的人工煤气等。

（2）其他燒成窑炉：按照烧成原理和结构特征，一般有下列几种结构型式：回转窑，竖窑，隧道窑，梭式窑，沸腾炉，悬浮炉等，燃料主要采用燃油，天然气，煤气等

3利用“热脏煤气”采取的措施

针对发生炉煤气和高炉煤气“热脏煤气”的特点，为了符合和保证燃气锅炉和窑炉正常运行，真正做到成本低廉，安全可靠，结合具体生产工艺特点，在冶金、化工、陶瓷、建材等行业，能够满足产品烧成内在质量和外表质量基本前提下，部分替代价格昂贵的清洁能源例如各种成品燃油，天然气等。

采取的改造措施如下：

（1）煤气发生炉和高炉生产的热煤气预先利用管道、除尘斗、旋风除尘器等进行物理性除尘。

（2）缩短煤气供应管道的距离，使锅炉房尽量靠近煤气站或高炉煤气管道，保证压力和温度。

（3）通过试验改造了一台4t/h立式水管锅炉（烟气与水汽管垂直冲刷），由于水管易挂灰尘造成阻塞，几乎不能使用，显然常规结构的锅炉不能适应“热脏煤气”的特点，根据试验的结果，广泛咨询和征求了锅炉制造厂家意见，反复查阅资料，重点研究了卧式内燃三回程燃气锅炉特征结构，由于该种炉型烟气与火管同向顺行，烟气室与火管挂灰较轻，选用卧式内燃三回程燃气锅炉WNS8-1.25-Q，并将原有锅炉前后烟气室盖由固定式改为活动式，下部设有排尘口，有利于打开烟尘盖进行定期清理（根据运行记录、观测和积尘情况而定），后烟气室设计增加了防爆装置，为了不影响锅炉热效率，其保温结构和密封均做了特殊设计和改造，为了适应这种变化，改造了煤气进入和烟气排出系统，对照锅炉设计规范和有关标准，与原来的锅炉结构明显不同，考虑到锅炉是一种压力容器和特种设备，对该型号的燃气锅炉来说，这属于重大改进。

（4）改进和研制了专用燃气锅炉烧嘴，试验表明，这种煤气烧嘴必须与所选锅炉结构特征匹配和适应：卧式内燃三回程燃气锅炉主要有波形炉胆和火管、前后烟室等组成，波形炉胆长度较长（超过4米），发生炉煤气压力低，利用已有煤气烧嘴，火焰短，固定在鍋炉前端或部分伸入炉内，长度较短，显然不能满足卧式内燃三回程燃气锅炉具有波形炉胆燃烧的特征，因此必须研制一种符合上述锅炉结构特征的专用烧嘴，结构和功能特点如下：炉外部分与其它煤气烧嘴基本相同，炉内部分较长（大于1米），与其它已有烧嘴明显不同，经过几次试验和改进，其长度与直径（长细比：l/d），波形炉胆长度与直径（L/D），根据火焰燃烧特点、燃料种类、流量、压力、温度等，需在合理取值范围内，嘴头设有导流片，但为了不阻灰作了适当简化，这是燃气锅炉正常运行和达到额定热效率的关键；为了适应炉膛内部的高温环境和气流组织，烧嘴的材质选用耐热不锈钢；为了保证和平衡炉内高温烟气的压力、流速、在炉中停留的时间及气流组织的均匀性，选择了相适应的鼓引风机；烟气的余热用来加热空气，提高了锅炉的整体热效率。

（5）根据“热脏煤气”的热值，输送压力等数据，结合产品烧成曲线，改造了隧道窑的燃烧系统：配风系统，烧嘴和阀门，燃烧室等。与原来利用成品油和天然气相比，达到了相同的效果。

（6）编制了一套行之有效的操作规程和管理制度。

4改造后的效果

4.1技术指标与运行验证

与现有技术相比，燃气锅炉和热工窑炉完全能够适应“热脏煤气”的特点，运行和测试表明，完全能够达到燃气锅炉和隧道窑选用正常已有燃料的有关数据和技术经济指标：包括压力、温度、额定出汽量、热效率、运行费用等。运行验证：从2000年运行至今正常，完全满足生产和生活需要。

4.2经济效益

按目前国内天然气价格：青岛地区含税价2.4～26元/Nm3，热值8500～9500kcal/Nm3，我公司目前生产的发生炉煤气含税价0.3元/Nm3，热值1250Kcal/Nm3，两者比较天然气热值是发生炉煤气6～8倍，天然气价格是发生炉煤气10～12倍，以燃气锅炉WNS8-1.25-Q消耗发生炉煤气1200Nm3/h为例，每年消耗煤气：1200×24×365=10512000Nm3，根据热量相等折算，每年消耗天然气：10512000×1250/8500=1545882Nm3每年节省费用：1545882×2.6-10512000×0.3=865693.2元。考虑到隧道窑同时使用了发生炉煤气，每年节省费用120万元以上。

同样高炉煤气在钢铁企业价格更便宜，使用更方便，经济效益也就更显著。

4.3社会效益

现在全球能源供应紧张，价格居高不下，国家大力提倡节能减排，企业竞争日益激烈，降低成本，适应我国经济和社会实际需要，燃气锅炉和其他窑炉应用数量巨大，由于长时间成功应用“热脏煤气”和对相应的燃气锅炉进行重新设计和改造，相应的燃气锅炉改造项目，2015年获得热脏煤气燃气锅炉项目发明专利，因此该实例具有重要推广价值。

参考文献

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