燃气锅炉出力不足的原因分析及处理

冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014 年第11 期 总 第 177 期 1前言 钢铁工业是我国能源消耗大户，其能耗约占全 国总能耗的 13%耀14%1。 目前， 我国钢铁工业的能源 效率明显提高，其主要原因在于落后产能设备不断 淘汰、新工艺新技术不断更新升级以及各种新型节 能技术不断应用于钢铁工业生产。高炉煤气综合利 用技术是钢铁企业节能技术的重要技术。高炉煤气 是高炉炼铁过程中的主要副产品之一，在能源紧张 和环境恶化的双重压力下，全国各钢铁企业都在不 断改进生产工艺，充分利用企业生产中副产煤气进 行降本和创效。 做好高炉煤气资源化利用工作， 对优 化利用企业煤气资源、 降低吨钢能耗、 减少二氧化碳 排放都具有十分重要的意义2。 邯钢 1#60 MW 发电机组是利用高炉煤气实现 节能减排、 绿色生产的重点节能项目， 其燃气锅炉设 计额定出力为 260 t/h，配套一台 60 MW 抽汽凝汽 式汽轮发电机组， 年可发电量 4.4 亿 kWh， 在为企 业创效的同时每年可减少高炉煤气放散量 20.8 亿 m3， 节能环保效益显著。在锅炉运行过程中， 先后两 次出现锅炉出力不足的问题，对机组充分利用高炉 煤气造成影响。 本文重点对这两起问题进行分析， 以 期望能对其他燃气锅炉的高效稳定运行有所帮助。 2问题概述 2.1高炉煤气发电技术原理与工艺 厂区煤气管网送过来的高炉煤气通过布置在锅 炉四角的燃烧器送入炉膛进行燃烧，释放出的热量 将锅炉给水加热成饱和蒸汽，饱和蒸汽经过布置在 炉膛顶部和水平烟道的过热器吸热后变成过热蒸 汽，过热蒸汽通过蒸汽管道及相应阀门送往汽轮机 膨胀做功， 并带动发电机进行发电。 为了满足厂区生 产用低压蒸汽的需要， 汽轮机设计有抽汽系统， 同时 锅炉设计有减温减压系统。在汽轮机运行时可以通 过抽汽系统将在汽轮机内做过一部分功的蒸汽抽出 至分汽包， 然后送往其他蒸汽用户。 在汽轮机停机状 态下， 工艺上也可通过减温减压系统外送蒸汽， 以满 足厂区生产用汽需求。 2.2运行初期第一次出现出力不足的问题 该燃气锅炉发电机组于 2010 年 1 月建成投产。 在运行初期， 第一次出现锅炉出力不足的问题， 主要 表现为： 在高炉煤气充足的条件下， 锅炉的最高出力 只能达到 230 t/h， 便无法再产生更多的蒸汽用于发 电， 根本无法达到 260 t/h 的设计值。 经检查， 煤气管 道及燃烧器内部并不存在堵塞现象。操作人员也都 经过培训持证上岗，调整中未发现调整不及时和调 燃气锅炉出力不足的原因分析及处理 姬抱平， 赵立勇， 付天增 (河北钢铁集团邯钢公司能源中心， 河北邯郸 056015) 【摘要】送风机设计余量偏小是造成锅炉出力不足的重要原因， 设计过程中应该适当放宽风机的余量， 以 减少不必要的改造费用； 燃气燃烧器旋流叶片损坏是造成燃烧工况恶化的重要原因之一， 提高设备检修维护力 度， 及时安排检修和更换损坏的燃烧器， 可以促进燃烧工况的稳定和燃烧效率的提高。 【关键词】锅炉； 出力； 送风机； 燃烧器； 处理 【中图分类号】TK229【文献标识码】B【文章编号】1006-6764 （2014） 11-0038-03 Analysis and Treatment of Insufficient Output of a BFG Boiler Ji Baoping, Zhao Liyong, Fu Tianzeng (The Energy Center of Handan Steel, Hebei Iron and Steel Group, Handan, Hebei 056015, China) 【Abstract】 Too low design margin of the blower was an important reason for insufficient output of the boiler, so fan design margin should be reasonably increased in design to reduce unnecessary modifying cost. Damage of burner impeller was one of the important causes of combustion condition deterioration, so enhancing equipment repair and maintenance and timely replacing damaged burners can improve combustion stability and combustion efficiency. 【Keywords】 boiler; output; blower; burner; treatment 38 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014年第 11 期 总 第 177 期 整幅度大的情况， 操作原因可以排除。 在煤气充足的 情况下煤气压力也比较平稳，基本维持在 8耀11 kPa， 完全满足设计要求， 不存在煤气压力低的问题。 2.3运行后期第二次出现出力不足的问题 在锅炉运行三年时间后，锅炉第二次出现出力 下降的问题， 主要表现为： 炉内燃烧工况恶化， 煤气 燃烧不充分， 火焰加长， 火焰燃烧稳定性变差， 锅炉 出力降低。 经化验人员测定， 高炉煤气成分和热值并 未发生大的变化， 排除了高炉煤气品质变差的因素。 在燃烧调整操作方面，基本上一直是按照运行规程 的规定进行操作， 而且经过三年的实践证明， 操作规 程中规定的煤气量和配风量比例上并没有不当之 处，近期也没有对操作规程进行过煤气量和配风比 值的内容修改， 可以排除操作程序不不合理的因素。 3原因分析 引起燃气锅炉出力不足的原因有许多，主要包 括： 引风机出力不足、 送风机出力不足、 燃烧器堵塞、 燃烧器损坏、 操作调整不及时或幅度大、 配风量过大 或煤气过剩、高炉煤气压力低和高炉煤气品质差等 等3， 这些因素都会影响到锅炉的出力。 3.1第一次出力不足的原因分析 通过检查分析运行趋势和运行参数的对比， 发 现在锅炉大负荷运行时， 锅炉炉膛负压正常， 可以排 除引风机出力不足因素。 高负荷时， 两台送风机的调 节挡板已经开到 100%的情况下，仍然无法满足锅 炉燃烧所需空气量的要求，锅炉炉膛出口的烟气含 氧量降低接近于技术要求的下限，为了保证煤气燃 烧效率， 避免出现煤气过剩， 不能再投入更多的高炉 煤气。 这种情况下， 如果盲目增加燃料量， 必然造成高 炉煤气不完全燃烧，影响锅炉的燃烧效率及安全运 行。一旦出现煤气过剩极易发生锅炉尾部烟道放炮 事故， 将造成设备损坏， 甚至人员伤亡的严重后果。 分析认为，锅炉出力不足的根本原因是由于设计送 风机送风余量不足，锅炉出力不足系实际送风量偏 小所致。 3.2第二次出力不足的原因分析 由于第二次出力不足首先表现在炉内燃烧工况 的恶化方面，因此重点对燃烧系统进行原因查找和 分析。 安排锅炉停炉后， 通过人孔门从炉膛内部对燃 烧器进行检查， 发现燃烧器损坏较严重， 尤其下层燃 烧器的煤气旋流叶片和热风旋流叶片均出现了较大 的烧损甚至脱落。损坏最严重的燃烧器内侧煤气旋 流叶片脱落面积多达 50%以上， 而外侧的热风旋流 叶片损坏面积也接近 40%。 分析认为， 高炉煤气发热值极低， 理论燃烧温度 也低， 火焰辐射和燃烧的自稳能力弱。 为了保证高炉 煤气燃烧的稳定性， 一般对燃烧器都进行特殊设计。 该锅炉的燃烧器即采用了旋流叶片的结构，即通过 在燃烧器内布置一定数量的旋流叶片，以增强高炉 煤气与空气的混合效率， 提高燃烧稳定性。 但这种结 构较为复杂， 且旋流叶片一旦损坏， 必然导致高炉煤 气和空气的混合不充分，致使高炉煤气的燃烧效率 下降。 旋流叶片出现较大损坏以后， 高炉煤气在燃烧 器出口处沿轴向速度增大， 旋流作用减弱， 高炉煤气 和空气的混合不充分， 是导致高炉煤气燃烧不充分、 火焰稳定性差的主要原因。 4问题改善及处理效果 4.1送风机出力不足改造及效果 经过研究， 确定了两种解决方案： 一是更换新型 号的送风机， 将现有送风机拆除， 更换为额定功率更 大的风机； 二是针对原有电机还有一定余量的情况， 改造原有的送风机，对原有送风机的结构进行适当 改造， 以满足增大送风量的要求。 若采用第一种方案， 则需要更换风机型号， 相对 应的轴承箱、 蜗壳、 出口风箱、 电动机也需要改动， 甚 至风机基础也需要重新设计制作， 不仅费用较高， 而 且工作量大， 改造周期长。 为了尽可能减少改造施工 周期和改造费用，风机改造应尽量避免对风机进行 整机更换， 尤其避免风机型号的改变4。 风机流量、 风 压、 功率与叶轮直径的关系满足切割定律， 即： 风机 流量与叶轮直径成正比。 可见， 增加叶轮直径可以实 现流量、 风压和功率的同时增加5。 为了保证风机效率不致降低太多，风机功率不 致增加太多， 尽量避免机壳改造， 降低改造工作量， 将叶轮直径的增大量控制在 5%叶轮直径范围之 内。因此， 决定将叶轮直径增加 50 mm， 即叶轮直径 由原来的 渍1350mm 增大至 渍1400mm。利用高炉休 风的机会， 安排了该燃气锅炉的停炉检修， 对送风机 进行了改造， 机壳维持原尺寸不变。 通过改造，送风机的轴功率由原实际运行的 180 kW 增大到 250 kW， 原电机的设计能力完全满 足风机改造后的出力要求， 无须更换原电机。 送风量 由改造前的 119000 m3/h 增加至 168300 m3/h， 送风 量增加了 49300 m3/h。 在煤气量充足的情况下， 锅炉 负荷最高可达 280 t/h， 达到了预期目标。 4.2燃烧器旋流叶片损坏处理及效果 燃烧器旋流叶片损坏的解决方案：一是对旋流 39 冶金动力 METALLURGICAL POWER 2014 年第11 期 总 第 177 期 （上接第 37 页）原低压区域的 “煨炉” 方式， 不仅 具有更好的经济性，而且可以使锅炉各受热面膨胀 更均匀， 改善水循环， 有效控制壁温差， 而且由于锅 炉点火前炉膛温度可达 100 益以上， 有利于锅炉顺 利点火， 减少煤气炉爆燃。 5.2 “底部加热” 较 “煨炉” 在相同的升温率下， 可提 前约 1 h 上网， 具有良好的经济性。 5.3底部加热投运应加强加热汽源的压力监控， 要 求汽源压力跃0.7 MPa， 确保底部加热安全， 也要控制 好汽包水位， 避免介质、 热量损失。 5.4提高底部加热运用的积极性， 协调好检修与生 产计划的时间， 为底部加热创造条件。 收稿日期： 2014-06-12 作者简介：吴永翔(1967-)， 男， 大学本科， 热力工程师， 现从事热能 动力生产运行及技术管理工作。 叶片进行修复，这种处理方法需要使用原材质的钢 材制作叶片， 工作量较小， 但检修安装精度低， 不容 易恢复到原设计工况； 二是整体更换联合燃烧器， 这 种方法工作量和费用都较高，但容易达到原设计工 况，保证锅炉安全稳定运行。根据实际生产运行情 况， 由于马上要安排锅炉设备大修， 故决定对燃烧器 进行整体更换。 2013 年 9 月份锅炉大修期间，对该锅炉的 12 台高炉煤气联合燃烧器进行了整体更换。新旧燃烧 器的旋流叶片情况如图 1 所示。 图 1新旧燃烧器旋流叶片对比照片 2013 年 11 月 27 日大修完毕后，先后点焦炉、 高炉煤气进行烘炉燃烧， 炉膛火焰正常， 燃烧稳定， 锅炉的燃烧工况恢复正常。 5结论及建议 锅炉出力不足的原因很多，深入全面的分析其 产生的根本原因， 采取正确的改进措施， 可以实现生 产经济效益的最大化。本文针对不同原因引起的锅 炉出力不足问题进行了分析，处理后实际运行效果 良好。建议在锅炉设备在设计制造和运行维护过程 中注意以下两点问题： 1）设计过程中适当放宽送风机的设计余量， 以 减少不必要的改造费用和影响生产的费用。 2）运行过程中应及时检查发现燃烧器的缺陷， 适当安排检修和更换损坏的燃烧器，以促进燃烧工 况的稳定和保证燃烧效率的提高。 参 考 文 献 1中国金属学会,中国钢铁工业协会. 2011耀2020 年中国钢铁工业科 学与技术发展指南M. 冶金工业出版社： 曹胜利， 2012:142-148. 2张琦， 蔡九菊， 王建军等. 钢铁