燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置設(shè)計(jì)方案

1、    燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置設(shè)計(jì)方案    任磊 李威威摘要：鋼鐵行業(yè)是高能耗行業(yè)，同時(shí)也是對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重的行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及對(duì)生存環(huán)境日益提高的要求，國(guó)家對(duì)鋼鐵行業(yè)提出越來越嚴(yán)格的資源、能源與環(huán)保要求。本文針對(duì)鋼鐵廠燒結(jié)工序的連續(xù)性和穩(wěn)定性對(duì)余熱發(fā)電的影響，設(shè)計(jì)了一套余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件、思路、原理和工藝作用等方面進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞： 燒結(jié)環(huán)冷機(jī)；余熱鍋爐；補(bǔ)燃裝置；高爐煤氣；設(shè)計(jì)方案一、項(xiàng)目概況燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電是通過環(huán)冷煙氣低溫余熱鍋爐回收煙氣的低品味余熱能源，結(jié)合低溫余熱發(fā)電，用余熱鍋爐的過熱蒸汽來推動(dòng)低參

2、數(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電的最新成套技術(shù)。由于燒結(jié)工況經(jīng)常變動(dòng)，環(huán)冷機(jī)煙氣溫度不穩(wěn)定，對(duì)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐的運(yùn)行影響很大。當(dāng)燒結(jié)負(fù)荷較低時(shí)，煙氣溫度偏低，余熱鍋爐無法達(dá)到核定負(fù)荷，效率降低，甚至無法正常運(yùn)行。為了提高燒結(jié)環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐的利用效率，使余熱鍋爐在煙氣溫度較低時(shí)也能正常運(yùn)行，有必要在余熱發(fā)電系統(tǒng)中增設(shè)補(bǔ)燃裝置，提高鍋爐入口煙氣溫度，增加發(fā)電能力。本方案在鍋爐進(jìn)口煙道中增設(shè)補(bǔ)燃裝置，采用高爐煤氣作為補(bǔ)燃燃料，并采用焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火和穩(wěn)燃。二、基本資料燒結(jié)余熱發(fā)電系統(tǒng)（以360m2燒結(jié)機(jī)為例）使用了環(huán)冷機(jī)兩股高溫段余熱煙氣，分兩個(gè)通道進(jìn)入余熱鍋爐。煙道內(nèi)氣體主要成分是空氣和粉塵，溫度為3004

3、00 ，流速約為18 m/s，負(fù)壓-700-1100 pa。本方案設(shè)計(jì)的補(bǔ)燃裝置采用高爐煤氣為主要燃料，壓力5000 pa，主要成分：co=23%、h2=3%、co2=23%、n2=51%，低位熱值=3302 kj/nm3。點(diǎn)火及穩(wěn)燃采用焦?fàn)t煤氣，主要成分：co=6%、h2=58%、co2=3%、ch4=27%、n2=6%，低位熱值=17920 kj/nm3。三、 設(shè)計(jì)方案1、總體方案。對(duì)原有煙道進(jìn)行適當(dāng)改動(dòng)，在余熱鍋爐入口煙道里增設(shè)補(bǔ)燃裝置，采用高爐煤氣作為主要燃料、焦?fàn)t煤氣作為點(diǎn)火和穩(wěn)燃燃料，如圖1所示。燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c煙道中的熱空氣混合，使余熱鍋爐入口煙氣溫度升高。每個(gè)煙道中的補(bǔ)燃裝

4、置設(shè)計(jì)總?cè)剂狭繛?5000 nm3/h，共采用4臺(tái)燃燒器，單臺(tái)燃燒器設(shè)計(jì)高爐煤氣燃料量為13000 nm3/h，單臺(tái)燃燒器的焦?fàn)t煤氣設(shè)計(jì)使用量為200 nm3/h。2、補(bǔ)燃爐布置。為保證熱煙氣與進(jìn)口煙道中余熱廢氣充分混合，補(bǔ)燃爐出口需要一段足夠長(zhǎng)的混合段，為防止高溫?zé)煔庵睆經(jīng)_刷煙道壁，將煙道截面積進(jìn)行加大，如圖1所示。煙道內(nèi)原有十字形支撐架，為防止高溫?zé)煔鈱?duì)支撐架的損壞，拆除燃燒器后10 m范圍內(nèi)的支撐架，改為"回"形支撐架，并在煙道外增設(shè)加強(qiáng)肋。為方便安裝施工，本方案提供的補(bǔ)燃爐自帶支撐底座。圖1 余熱鍋爐補(bǔ)燃裝置示意圖3、燃燒器設(shè)計(jì)。高爐煤氣熱值低，僅為焦?fàn)t煤氣的1/5

5、，天然氣的1/10。高爐煤氣中的可燃?xì)怏w含量很低，主要是co，此外是大量的co2和n2等惰性氣體。因此，高爐煤氣的具有以下燃燒特性：（1） 著火性能很差，不易穩(wěn)燃。高爐煤氣的理論燃燒溫度較低，僅為12001300 ，只有燃煤的60%，故爐膛溫度低，燃燒火焰不穩(wěn)定、易產(chǎn)生脈動(dòng)和脫火。（2） 燃盡性能很差。大量惰性氣體的存在，阻礙可燃成分與氧氣混合接觸，加上燃燒溫度較低，化學(xué)反應(yīng)速度慢，需要更長(zhǎng)的燃燒時(shí)間和更劇烈的擾動(dòng)才能使高爐煤氣燃燒完全。（3） 理論空氣量少，僅為0.62 nm3/nm3，總空氣量約為同類型燃煤鍋爐的70%；煙氣量大，是同類型燃煤鍋爐的1.7倍左右。為了保證高爐煤氣的穩(wěn)定燃燒和

6、燃盡，需要采用必要的強(qiáng)化燃燒措施，否則可能發(fā)生爐膛爆炸、熄火等事故，未燃盡的co也會(huì)造成很大的安全隱患。強(qiáng)化燃燒的措施主要包括：燃料和空氣預(yù)熱、部分預(yù)混、加強(qiáng)后期擾動(dòng)、增加燃料在高溫區(qū)的停留時(shí)間、爐膛絕熱、采用蓄熱材料、采用穩(wěn)焰器或鈍體等穩(wěn)燃裝置，等等。本方案采用雙旋流燃燒器，其中空氣和高爐煤氣都采用旋流方式，以加強(qiáng)混合和后期擾動(dòng)，中心管為焦?fàn)t煤氣，用于點(diǎn)火和穩(wěn)燃，頭部設(shè)有穩(wěn)焰器，高爐煤氣管道縮進(jìn)噴口一段距離，作為預(yù)混段。該燃燒器具有以下特點(diǎn)：（1） 高爐煤氣和空氣均采用旋流，對(duì)混合物充分?jǐn)_動(dòng)，使燃料和空氣的混合程度增強(qiáng)，燃盡度高。（2） 燃燒器有一段預(yù)混段，使空氣和高爐煤氣部分混合，促進(jìn)高爐

7、煤氣燃盡。（3） 穩(wěn)焰器既能夠形成高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，又有高溫輻射層，起到點(diǎn)火板的作用，具有穩(wěn)燃功能。（4） 采用絕熱爐膛，爐膛內(nèi)溫度達(dá)到1100度以上，燃料在高溫區(qū)的停留時(shí)間超過0.5 s，保證高爐煤氣充分燃盡。（5） 采用焦?fàn)t煤氣作為點(diǎn)火和穩(wěn)燃，在燃燒器出口處形成"值班火焰"，確保不熄火。4、混合裝置及數(shù)值驗(yàn)證。補(bǔ)燃爐產(chǎn)生的煙氣溫度可達(dá)到1000左右，如果不能有效與燒結(jié)廢氣混合，則會(huì)使煙道彎頭、閥門和余熱鍋爐換熱器等部位超溫。為保證安全，必須確保高溫?zé)煔馀c燒結(jié)廢氣有效混合，消除局部高溫。本方案中的補(bǔ)燃爐出口處采用了特殊設(shè)計(jì)的混合裝置，添加了多塊擾動(dòng)擋板，見圖2所示。該裝置增加了高溫?zé)煔馀c燒結(jié)廢氣的接觸面積，同時(shí)增強(qiáng)爐膛出口高溫?zé)煔獾耐牧鞫?，提高混合?qiáng)度。另外，擾動(dòng)擋板使高溫?zé)煔庀驘Y(jié)廢氣側(cè)卷動(dòng)，更有利于兩者混合。圖2 補(bǔ)燃爐出口截面混合裝置示意圖為了驗(yàn)證本方案設(shè)計(jì)的混合裝置效果，我們進(jìn)行了