許清波,劉彥豐,崔向陽

(1.華北電力大學能源與動力工程學院,保定071003;2.廣州環(huán)保技術(shù)設(shè)備有限公司,廣州510660)

吉林長山化肥集團有限公司在2003年11月進行了恩德粉煤氣化改造,改造后由于恩德粉煤氣化爐采用循環(huán)流化床氣化方法氣化溫度低,煤氣中甲烷含量高達1.8%～2.8%,造成合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的合成吹除氣量過大,達到4 000 m3/h。合成吹除氣的主要成分是CH4,H2,N2和少量的氨氣,其熱值約為13 MJ/m3,是一種可利用的低熱值煤氣。為了利用合成吹除氣實現(xiàn)節(jié)能減排,長山化肥成功地對公司已有的2臺35 t/h鏈條爐進行了摻燒低熱值煤氣燃燒技術(shù)改造,改造后鏈條爐運行穩(wěn)定,節(jié)能效果良好,取得了很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。本文將介紹改造的方法以及改造后使用情況。

動力廠目前運行的2臺35 t/h鏈條爐鍋爐,為武漢鍋爐股份有限公司制造,型號為WGZ-35/3.82-5。鍋爐的原設(shè)計燃料為褐煤,消煤量 9 604 kg/h;鍋爐的給水溫度104℃,排煙溫度150℃,鍋筒的工作壓力為4.22 MPa;生產(chǎn)的過熱蒸汽額定壓力為3.82 MPa,額定溫度為450℃;鍋爐設(shè)計熱效率為88.36%。改造要求該鍋爐能夠摻燒氮肥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低熱值合成吹除氣,燃用由層燃褐煤、室燃褐煤粉和合成吹除氣組成的混合燃料,按熱值百分比褐煤占燃燒份額的70%,合成吹除氣占燃燒份額的30%,其中褐煤的低位發(fā)熱量18 175 kJ/kg,煤粉成分見表1,合成吹除氣的低位發(fā)熱量為12 980 kJ/m3,成分見表2。

表1 煤粉成分質(zhì)量百分比%

表2 合成吹除氣的成分體積百分比/%

鏈條爐具有安全可靠、運行穩(wěn)定、操作方便、熱效率較高和消煙除塵簡便等特點,但是改造前只能燃燒褐煤,不能燃燒氣體燃料,鏈條爐摻燒煤氣后燃燒方式為燃氣無焰燃燒加燃料煤層燃燃燒,以燃煤為主。氣體燃燒器采用擴散式燃燒器,型式為蝸殼式送風,周邊供氣。

對于低熱值煤氣燃燒,在著火期間宜推遲煤氣與空氣的混合以使煤氣能達到一定的濃度而著火,燃燒期間宜加強煤氣與空氣的混合,以利燃盡和減少煙氣產(chǎn)生量。氣體燃燒器按燃燒方式可分為擴散式燃燒器、半預(yù)混式燃燒器和預(yù)混式燃燒器。預(yù)混式燃燒器燃氣與一次風完全混合經(jīng)燃燒器噴入爐內(nèi)燃燒,雖然燃燒完全,燃燒效率高,燃燒熱強度大,但是要求燃氣熱值及密度穩(wěn)定,發(fā)生回火可能性大,調(diào)節(jié)范圍小,燃用低熱值的燃氣可能造成煤氣濃度低于著火下限。研究表明對于低熱值煤氣燃燒宜采用擴散燃燒方式,擴散式燃燒器燃氣中不預(yù)混空氣,燃氣經(jīng)過燃燒器噴入爐內(nèi),借助擴散作用與空氣邊混合邊燃燒,燃燒器的結(jié)構(gòu)緊湊,體形較輕,熱負荷調(diào)節(jié)范圍大,要求的燃氣壓力較低,易于實現(xiàn)煤—氣聯(lián)合燃燒;其缺點是火焰較長。

改造使用的燃燒器最大出力按照目前的供氣量2 000 m3/h考慮,每臺爐按設(shè)置兩臺燃燒器計算,每個燃燒器的最大出力為1 000 m3/h。根據(jù)安全、可靠和高效原則,將燃燒器布置在鍋爐兩側(cè)墻,以鍋爐中心線為對稱布置,標高約為1.55 m處從鍋爐兩側(cè)墻原觀火孔處向爐后斜向噴進,燃燒器與爐膛縱向中心線成35°,安裝時將原側(cè)墻觀火孔取消,水冷壁讓管。這樣便于燃氣管路及空氣管路的集中布置,既經(jīng)濟節(jié)約,又便于操作。在燃氣系統(tǒng)管路中設(shè)置有閘閥、燃氣管路中設(shè)有置換和排空管路,排空管路接出室外。臺燃燒器前的風管分別配置可調(diào)風門。燃氣在爐內(nèi)燃燒時,過量空氣系數(shù)為1.10,燃氣所需的壓力為3～4 kPa,空氣所需的壓力2～3 kPa,空氣分別取自左右一次熱風道。為避免由于煤氣壓力低產(chǎn)生回火,設(shè)置防回火器。為避免爆炸點火前必須吹掃干凈,熄火后必須迅速斷燃料,防止造成爐膛和后部煙道爆炸。

鏈條爐摻燒合成吹除氣燃燒后,爐內(nèi)燃燒情況穩(wěn)定,各設(shè)計參數(shù)沒有太大變化,鍋爐帶負荷能力完全達到原設(shè)計能力,鍋爐給煤機轉(zhuǎn)速下降80 r/min左右,節(jié)省發(fā)熱量為20 MJ/kg的長焰煤2 t/h。而且當煤與吹除氣摻燒時,增強了爐膛內(nèi)的擾動和混合,促進了漂浮在爐膛內(nèi)的煤粉末的燃盡,故排煙初始濃度降低,有效解決了鍋爐冒黑煙問題。拋煤機鏈條爐摻燒合成吹除氣后,提高了鍋爐著火和燃燒的穩(wěn)定性。爐排上方空間有合成吹除氣燃燒形成的高溫火焰和熾熱氣流,爐排上有燃燒的煤層,當新燃料被拋到爐排上時,立即受到上下兩方面的加熱,使很難著火的煤也能在爐排上順利著火,高效燃燒。爐排上穩(wěn)定的燃燒火床,又是吹除氣著火的可靠火源,避免了煤氣的著火與打炮問題。熱值約為12 980 kJ/m3的1 m3的合成吹除氣可以折算為0.442 86 kg標準煤,每年按7 000 h計,摻燒煤氣可以節(jié)約標準煤為12 400 t。如果低位發(fā)熱量為20 934 kJ/kg的原煤價格按 290元/t計算,年節(jié)約燃料費用為503.44萬元。

合成吹除氣在拋煤機鏈條爐應(yīng)用節(jié)能效果顯著,通過摻燒燃燒技術(shù)改造后,鏈條爐運行穩(wěn)定,鍋爐出力好,燃燒效率提高,熱效率提高,鍋爐排煙原始含塵減低,排煙除塵效果好,既有經(jīng)濟效益,又有環(huán)保效益。