南钢220 th 锅炉全燃高炉煤气改造

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014年第 12 期 总 第 178 期 南钢 220 t/h 锅炉全燃高炉煤气改造 陈双龙，孙太伏 （南京钢铁联合有限公司能源中心， 江苏南京210035） 【摘要】原来以焦炉煤气为主要燃料的 220 t/h 锅炉将改为全烧高炉煤气，为了保证锅炉的安全可靠运 行， 必须对锅炉的煤气系统进行合理的改造。通过对 220 t/h 燃气锅炉煤气系统的分析， 设计了一套合理而可 靠的改造方案， 以保证锅炉的正常运行。 【关键词】锅炉； 煤气； 改造 【中图分类号】TF538【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2014)12-0019-03 Transformation of the 220 t/h Boiler from Burning Coking Gas to BF Gas at Nanjing Steel CHEN Shuanglong，SUN Taifu (The Energy Center of Nanjing Iron and Steel Company, Nanjing, Jiangsu 210035, China) 【Abstract】 The 220 t/h boiler of NISCO was transformed from mainly burning coking gas to fully burning blast furnace gas, so the gas system of the boiler had to be properly modified in order to ensure the safe and reliable operation of the boiler. Through analysis of the gas system of the 220 t/h boiler, a rational and reliable modification program was de- signed to ensure the normal operation of the boiler. 【Key words】boiler； gas； modification 1改造的原因 南钢的转型发展， 老焦化面临淘汰， 4.7 m 轧机 等新建项目即将建成投产，届时焦炉煤气将显得不 足， 只能满足主体生产的需要， 发电系统除点火外， 正常只能全烧高炉、 转炉煤气。 而目前发电 1#220 t/h 燃气锅炉设计使用高炉煤气 80000 m3/h，焦炉煤气 20000 m3/h， 高焦炉煤气燃料的体积比为 4： 1， 使以 焦炉煤气为主燃料的锅炉，没有了焦炉煤气，仅烧 80000 m3/h 高炉煤气， 锅炉不能保证安全运行。 同时 当高炉煤气富裕时又无法消化势必造成放散，因此 必须对 1#锅炉进行全燃高炉煤气的改造。 2改造的主要内容 （1） 该锅炉原设计燃料中焦炉煤气比例较高， 由 于焦炉煤气热值远远高于高炉煤气，且焦炉煤气燃 烧温度高、 燃烧产生的烟气量较小， 所以该锅炉设计 的炉膛较矮， 炉膛辐射受热面积较小。 改造全烧高炉 煤气后， 将会出现由于炉膛偏小， 锅炉出力降低， 同 时燃烧产生的烟气量增加， 造成蒸汽温度超温， 省煤 器出口水沸腾率大大增加， 排烟温度升高， 引风机出 力不够等一系列问题， 从而影响锅炉的安全、 经济稳 定运行。 必须就这些问题， 对锅炉本体和辅机设备进 行必要的改造。 （2） 改造全烧高炉煤气后， 高炉煤气用量大大提 高， 而焦炉煤气将只用于点火， 因此需要增设高炉煤 气燃烧器， 取消原有焦炉煤气燃烧器， 调整燃烧器的 布置方式和相应的点火系统。重新浇筑燃烧器的卫 燃带。 （3）必须对高炉煤气总管气源和锅炉高炉煤气 管道以及管道支架等进行复核、 改造， 以满足高炉煤 气增量的需要。由于焦炉煤气管道是敷设在高炉煤 气管道上方， 同时改造后管径偏大， 因此同时对焦炉 煤气管道进行必要改造。 3改造的具体方案 3.1目前的现状 发 电 目 前 1#2#锅 炉 高 炉 煤 气 共 用 一 根 DN2400 总管，总管通过 DN1200 管掺入转炉煤气， 通过支管DN1200 和 DN1600 分别供给 1#和 2#锅炉 使用， 3#锅炉由一根 DN2200 管道单供， 通过 DN900 管掺入转炉煤气；焦炉煤气 3 台锅炉共用一根 DN900 母管， 通过支管 DN600、 DN300 和 DN500 分 19 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014 年第12 期 总 第 178 期 别供 1#3#锅炉使用。 由于燃气条件的变化，1#锅炉需要改造为全烧 高炉煤气， 高炉煤气量由原设计 80000 m3/h 增量至 约 180000 m3/h，而现有煤气管道管径为 DN1200， 无法满足 1#锅炉 100%高炉煤气工况， 所以 1#锅炉 的高炉煤气管道有必要进行改造。 另由于 1#锅炉和 2#锅炉的高炉煤气管道共用 一根 DN2400 的母管，若 1#锅炉改烧 100%高炉煤 气， 需要消耗约 18 万 m3/h 的高炉煤气， 加上 2#锅炉 设计 20 万 m3/h 的高炉煤气，母管的输送能力要达 到约 38 万 m3/h 的流量。高炉煤气母管压力约为 7 kPa， 表 1 是 DN2400 母管流量与阻力的对应关系。 表 1DN2400 母管流量与阻力的对应关系 由表 1 可知， 当流量大于 36 万 m3/h 时， 到锅炉 燃烧器前的压力约只有 7-4.5=2.5 kPa， 无法满足锅 炉燃烧的需求。所以要使 1#锅炉能够完全烧高炉煤 气， 仅靠现有母管无法满足要求。 另外，还有一些因素导致高炉煤气母管阻力增 大：（1） DN2400 母管上设有静态煤气混合器（掺烧 转炉煤气） ， 内部设有较多的导流管板， 现场测算阻 力达 1 kPa；（2） DN2400 母管上有两处变径加电动 阀门， 增大了系统阻力。 综上， 1#锅炉煤气支管相对过小， DN2400 母管 流通能力不够， 总管局部阻力大， 因此必须对总管气 源和 1#炉煤气管道进行改造。 3.2改造技术方案 （1） 1#炉煤气系统改造方案 将 1#锅炉高炉煤气管径改为 DN1800， 焦炉煤气 管径改为 DN300。1#锅炉纯烧高炉煤气的流量约 18 万 m3/h， 通过阻力计算和性价比比较， 将支管管径增 大到 DN1800， 改造管道总长约 60 m， 改造后焦炉煤 气只用于点火， 管径改为 DN300 即可满足使用要求。 （2） 煤气母管改造方案 在 1#、 2#炉共用 DN2400 高炉煤气母管与 3#炉 DN2400 高炉煤气母管之间设置 DN1400 联通管道， 同时对 1#、 2#炉共用 DN2400 高炉煤气母管局部阻 力大的情况进行改善， 以解决 1#、 2#炉共用 DN2400 高炉煤气母管流通能力不足的问题。 由目前的现状看，将 DN2400 管道拆下更改为 较大管径的管道不必要， 也不现实， 因为 3#锅炉的 煤气母管为 DN2200， 有较大的富余能力， 且可掺混 转炉煤气， 可在 1#、 2#炉共用的 DN2400 高炉煤气母 管与 3#炉 DN2400 母管之间设置 DN1400 连通管 道， 流通能力约为 68 万 m3/h， 以平衡两个母管的流 量。设置连通管道 DN1400 以后，3#锅炉的母管流 量接近 30 万 m3/h， 1#、 2#炉高炉煤气母管流量最大 也在 30 万 m3/h 左右， 考虑对 1#、 2#炉高炉煤气总管 的混合器采用去除内部的导流管板，去除原管道上 两只缩径 DN2000 电动阀，改为一只 DN2400 电动 阀， 改善管道阻力。加之考虑掺混转炉煤气的因素， 改造后可以满足锅炉的使用要求。 改造后的系统示意如图 1。 流量 /m3 h-1母管阻力 /Pa 18 万1500 25 万2300 30 万3300 36 万4500 图 1改造后系统图 20 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014年第 12 期 总 第 178 期 （3） 1#锅炉煤气燃烧及点火系统改造 目前， 1#锅炉高炉煤气管径 DN1200， 焦炉煤气 管径 DN600，切断装置采用手动蝶阀 +U 型水封 + 快速切断阀和调节阀， 锅炉高、 焦炉煤气混燃， 分别 设有 6 只燃烧器，高炉煤气燃烧器为下层前后墙对 冲布置， 支管管径为 DN700， 设 DN700 快切阀和调 节阀； 焦炉煤气燃烧器为前墙双层布置， 支管管径为 DN400， 设 DN400 快切阀和调节阀， 点火管路从总 管抽头， 管径 DN100， 设 1 只 DN100 快切阀， 前后墙 支管 DN100， 设 12 只 DN50 点火快切阀和手动阀供 各燃烧器， 系统如图 2。 改造后 1#锅炉高炉煤气管径 DN1800，焦炉煤 气管径 DN300， 切断装置采用电动硬密封三偏心蝶 阀 +V 型水封 + 快速切断阀门， 不设调节阀， 锅炉全 燃高炉煤气， 设有 12 只燃烧器， 布置方式调整为上 下层前后墙对冲布置，支管管径改为 DN900， 设 DN900 快切阀和调节阀；点火管路从总管抽头， 管 径 DN200，设 DN200 快切阀 1 只，前后墙支管 DN100， 设 12 只 DN50 点火快切阀和手动阀供各燃 烧器， 管路、 控制系统随燃烧器及布置改变做相应改 造。 （4） 1#炉本体及辅机改造方案 1#炉由高焦炉煤气混烧改成全燃高炉煤气， 由 于燃料结构的变化就导致了锅炉的水冷壁、屏式过 热器、 低温过热器、 高温过热器、 高温省煤器、 低温省 煤器、空气预热器等受热面的吸热量发生了很大的 变化。出现锅炉蒸发量降低， 蒸汽温度超温、 锅炉喷 水减温量过大、 省煤器的沸腾率过大， 锅炉排烟温度 过高， 辅机容量不够等一系列问题。 经锅炉各个系统的理论计算，我们认为锅炉本 体改造采用保持锅炉结构不做大的改动，对受热面 进行改造， 保证锅炉安全运行， 具体方案为： 将下 部水冷壁 （含燃烧器区域） 整体割断下移 1 m， 并以 小管屏的方式更换前后墙燃烧器区域并加长 1 m 与断口处相接，并将侧墙及炉底的卫燃带全部清理 干净， 重新布置前后墙卫燃带； 下降管母管同时断开 并加长 1 m； 大大减少低温过热器受热面积， 采用 炉内切割短接的方式改造；适当减少下级省煤器 受热面， 更换下级省煤器； 为降低排烟温度， 尾部 加设低压省煤器； 与此相关的连接管道、 燃烧器、 烟风煤气管路、 护板、 外护板、 固定装置、 炉墙金属 件、 钢架及平台等做相应改造； 根据计算结果选型 更换引风机。 改造后， 满足锅炉安全运行的要求， 锅炉出力可 以达到 190 t/h。 4结论 1#220 t/h 锅炉全燃高炉煤气改造势在必行， 在 保持锅炉结构不做大的改动的情况下，对受热面进 行改造， 可以保证长期安全运行， 出力可以达到 190 t/h， 考虑掺烧转炉煤气， 负荷情况还可以适当增加， 从发电机组的运行情况以及 10