鍋爐摻燒火炬氣后運行特性的變化

鍋爐摻燒火炬氣后運行特性的變化

1燃煤鍋爐燃燒火炬氣的現(xiàn)狀及問題目前，世界上只有少數(shù)工廠能夠有效回收火炬。國外火炬氣的回收利用的主要手段是將火炬氣作為燃料送入燃油、燃氣加熱爐進行燃燒處理,而由于我國國情的限制如果能將火炬氣引入燃煤鍋爐進行燃燒處理,其經(jīng)濟效益、社會效益將遠遠大于將火炬氣送入燃氣燃油加熱爐,但是由于火炬氣的排放很不穩(wěn)定,其流量、壓力、熱值沒有規(guī)律,組成成分復雜,不僅含有一些易爆氣體,而且還含有很多化工工藝伴生的升華硫、顆粒狀生產(chǎn)物料等,因而通過燃煤鍋爐實現(xiàn)火炬氣的回收利用存在很多難以解決的實際困難2燃料燃燒方法該改造方案在企業(yè)自備電廠實施,鍋爐系HG-220/100-10型單汽包、自然循環(huán)燃煤鍋爐。火炬氣設計成分如下:H根據(jù)該廠系石化系統(tǒng)自備電廠的特點以及實際生產(chǎn)情況,改造方案應能夠保證鍋爐在各種正常工況下長期安全、穩(wěn)定、高效運行,能夠盡可能減小火炬氣系統(tǒng)壓力、熱值波動對鍋爐系統(tǒng)可能帶來的沖擊,能夠減小火炬氣組分變化對運行帶來的影響?；鹁鏆饣厥绽孟到y(tǒng)如圖1所示,來自生產(chǎn)裝置的火炬氣,通過火炬氣回收系統(tǒng)儲存、加壓后作為燃料氣并入燃料管網(wǎng),供自備熱電廠鍋爐、烯烴廠超高壓蒸汽鍋爐和芳烴廠加熱爐等處,替代生產(chǎn)所需的煤、重質油、液化氣等燃料。來自火炬氣母管的火炬氣經(jīng)過過濾器送至電廠運轉層母管,由運轉層母管分配至各臺摻燒火炬氣的鍋爐?；鹁鏆饨?jīng)由爐前燃氣壓力調節(jié)閥,將壓力穩(wěn)定在0.03±0.01MPa送入燃氣噴口進行燃燒。在每個燃氣噴口管路上面均設有火炬氣取樣口,供取樣分析用。為確保安全,防止意外事故發(fā)生,在燃氣調整閥前后以及每個燃氣噴口前均設有快關閥門,在事故狀態(tài)下,閥門迅速關閉,防止繼續(xù)向鍋爐供氣。在火炬氣燃燒器上方,巡檢線路經(jīng)過處平臺上,布置煤氣報警器。原燃燒器為100%全燃煤煙煤燃燒器,為了實現(xiàn)摻燒火炬氣的要求,對原有的燃燒器進行了重新設計,隨著火炬氣摻燒量的提高,火炬氣與煤的混合燃料理論燃燒溫度會下降,同時隨著火炬氣摻燒量的增加,爐膛出口截面處煙氣體積流量也會增加,并影響著輻射換熱量和對流換熱量的比例,綜合考慮這兩個因素,將火炬氣摻燒量確定為20%(按入爐熱量)。改進前、后的燃燒器如圖2,其技術參數(shù)如下:名稱:煤摻氣燃燒器;型號:D-68130-0-0;燃煤量:29t/h;燃氣量:2800m鍋爐原折焰角的斜率為30°,運行時,發(fā)現(xiàn)高、低溫過熱器均有部分管束埋在了爐灰里面?？紤]到燃用火炬氣后,混合燃料的硫含量會有所上升,為防止發(fā)生高溫腐蝕,在改造時,將折焰角斜坡改為40°,以消除可能發(fā)生的積灰,過熱器管束也做了相應改進。3測試方法及依據(jù)為了評判改造效果,我們對改造后的鍋爐進行了相應的性能測試,各項目測試方法主要依據(jù)《電站鍋爐性能試驗規(guī)程(GB10184-88)》中的相關規(guī)定,熱效率以及熱損失的計算方法完全依據(jù)此規(guī)程中的相關規(guī)定和計算公式進行。3.1測試結果及分析在220t/h、240t/h兩個工況下進行了爐膛出口溫度分布的測試,測試結果如圖3所示。圖中的數(shù)據(jù)表明,摻燒火炬氣后在240t/h和220t/h負荷下,爐膛出口煙溫均不超過設計值1089℃、1059℃,且與全燃煤時相比降低約50～70℃,這對于鍋爐的安全運行非常有利。3.2控制氧量、燃燒220t/h時變過?？諝庀禂?shù)試驗的3個工況下的排煙溫度、飛灰爐渣含碳量、各項熱損失、效率以及對流過熱器出口管束最高壁溫的數(shù)據(jù)列于表1。由試驗數(shù)據(jù)可見,各工況下對流過熱器壁溫均在安全范圍內(nèi)。隨著過?？諝庀禂?shù)的增加,排煙熱損失、固體未完全燃燒熱損失相應增加,鍋爐效率有所降低?？刂蒲趿恳坏┏^3.0鍋爐效率將呈下降趨勢,這主要是因為火炬氣極易燃燒,在較低的氧量以及較小的下下二次風開度情形下也能充分燃燒。我們注意到在較低氧量,以及較小下下二次風開度的情況下,如果將高溫省煤器出口氧量控制在2.0,空預器出口煙氣CO含量不超過10×103.3配風方式對鍋爐的影響由于火炬氣燃燒火焰行程短,消耗氧氣速度快,如果供給氧氣量不足,就會和下一次風煤粉發(fā)生搶風現(xiàn)象,這樣就會使得下一次風煤粉燃燒推遲,火焰中心上升,爐膛出口溫度升高,鍋爐整體效率降低,同時下落的煤粉得不到充足的氧氣進一步燃盡,因而配風方式對于混合燃料的高效燃燒具有較大的影響。測試表明,對于在一定的摻燒方式和摻燒比例下,應該選擇合適的配風方式,保證火炬氣燃燒側的氧氣供給量。220t/h工況時,正塔型配風和均等配風以及倒塔型配風測試結果如表2所示(此時摻氣量按輸入熱量計達到24%)。在正塔型的配風方式下,下層二次風風量充足,爐渣含碳量也較低,但爐膛出口煙溫較高,造成了對流過熱器管壁超溫,相應的排煙溫度也較高。均等配風和正塔型配風方式相比,鍋爐效率相差較小,但對流過熱器管壁溫度要低,處于安全運行的范圍內(nèi)。而倒塔型配風由于下下二次風風量不夠,造成爐渣飛灰含量急劇增加,使得效率下降較多。綜合配風、管壁溫度、排煙溫度、飛灰含碳量和爐渣含碳量等因素可以得出結論:下下二次風量對于保證爐底灰渣可燃物含量水平具有重要的意義,隨著火炬氣摻燒量的增加,必須相應增加下下二次風量。當鍋爐負荷在200t/h以下運行時,宜采用均等配風方式,而高負荷運行時,從過熱器的安全運行性能來看,應該采用倒塔型配風方式,但此時必須適當控制摻燒的火炬氣量,以免由于爐底灰渣可燃物含量急劇上升,影響鍋爐整體效率;在任何情況下,不得同側同時投運燃氣、燃油噴口。3.4低摻燒量型火炬氣燃燒煤粉的效果從改變火炬氣的摻燒比例來觀察混合燃料對受熱面壁溫、飛灰含碳量、爐渣含碳量以及排煙溫度的影響,測試結果表明:在配風方式合理的情況下,摻燒量在一定范圍內(nèi)時(<24%),排煙溫度、對流過熱器壁溫基本相同,隨著摻燒量的增加并未出現(xiàn)火焰中心上移、爐膛出口煙氣溫度升高、過熱器管壁溫度超溫的現(xiàn)象;但是一旦突破這個界限,由于供給火炬氣燃燒的下下層二次風風量不足,導致火炬氣搶用下一次風燃燒所用的空氣,使得一方面下落的煤粉得不到充足的氧氣進一步燃盡;另一方面,下一次風燃燒推遲,火焰中心上升,爐膛出口溫度升高,使得整體效率降低,甚至還出現(xiàn)了對流過熱器局部超溫的現(xiàn)象,這從另一方面證實了火炬氣摻燒量確定在20%的合理性。4次風和火炬氣的燃燒及控制要點爐渣含碳量在各個測試工況下均維持在較高水平,進一步分析發(fā)現(xiàn)是因為下層二次風比下層一次風射流向外偏轉了6°。二次風偏轉6°以后對一次風中的煤粉的托浮能力比起二次風、一次風同角引入的方式要差一些,同時下層二次風風口面積偏大,如果下層二次風開度較大就會使得下部氣量明顯增加,導致火焰中心上移,從而引發(fā)排煙溫度上升、過熱器管壁超溫;如果下層二次風開度較小(<30%),氧氣又會消耗過快,不利于下落的煤粉進一步燃盡,爐渣含碳量將會明顯增加。我們將下層二次風改為與一次風同向引入,并適當減小了下下層二次風口的面積,改進以后運行效果良好,爐渣含碳量降低到正常水平。噴燃器的冷卻效果、燃煤時各層二次風風量的燃燒調整都得到較好考慮?；鹁鏆鈱儆谝兹家妆瑲怏w,為避免當火炬氣流量較小時,有回火到回收主系統(tǒng)中,根據(jù)相關標準,系統(tǒng)必須加裝阻火器,但是由于火炬氣硫的含量較高,這些成分很容易發(fā)生升華附著在阻火器上面,加上顆粒狀化工原料的存在使得其非常容易堵塞,對阻火器的型號設計必須考慮有一定的裕量,適當加大阻火器面積,以延緩堵塞過程,同時加設阻火器的切換旁路。由于火炬氣系石化裝置啟、停車以及日常生產(chǎn)過程物料不能平衡的一部分轉化而來,因而盡管添加了專門的火炬氣回收、儲存、加壓裝置,但仍然不可避免地存在火炬氣熱值、流量、壓力波動較大的現(xiàn)象。為此,火炬氣系統(tǒng)專門添加了壓力調整系統(tǒng),使得調節(jié)閥后壓力保持在0.04±0.01MPa,如果調節(jié)閥后壓力不正常地偏高、偏低,則自動停止燃氣噴口,運行表明,這一措施效果較好。5火炬氣回收利用的成功,是促進社會環(huán)保效益的價值依據(jù)火炬氣的改造是成功的,達到了摻燒20%的火炬氣(按入爐熱量計)安全、穩(wěn)定、長期運行的設計要求,不僅能夠節(jié)約大量外購原煤,同時降低了火炬氣周邊的聲、光污染,節(jié)省了大量中壓消煙蒸汽,減少了廢氣燃燒產(chǎn)生的有害氣體,實現(xiàn)了降低現(xiàn)場噪音和清潔生產(chǎn)的目標,取得了經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益的和諧統(tǒng)一。僅2001年上半年,電廠燃煤鍋爐就回收火炬氣3.2萬多噸,節(jié)省標煤5.1萬噸,直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益1600多萬元。全燃煤鍋爐摻燒火