设计;同时介绍了带有侧边风的浓淡燃烧技术在130t/h锅炉燃煤燃烧器上的运用及产生的作用。
关键词：燃煤锅炉;焦炉煤气;水平浓淡燃烧器;节能降耗
中图分类号：TK229.8 文献标志码：A
0 前言
在国内典型的长流程钢铁企业生产过程中，会产生大量副产高、转炉及焦炉煤气。为将能源充分利用，各钢铁企业根据自身特点定制煤气平衡，其中自备电厂作为平衡全厂能源的重要环节，承担着厂区高炉鼓风、蒸汽和热水等动力介质的输配工作。同时自备电厂通过燃用本厂富余煤气，可以提高钢铁厂供电的可靠性，降低用电成本，对节能、环保、提高全厂经济效益都起到良好作用。
钢铁企业的生产工艺经常会随市场需求进行调整，这样就可能会改变全厂的高、焦和转炉煤气的平衡。为尽量利用能源且不影响生产，在保證工艺环节煤气用量的情况下，只能对自备电厂中锅炉进行调节。但受限于燃料种类及燃烧方式，钢铁企业的自备电站锅炉一般只有纯燃煤粉、单种煤气或固定两种燃料混燃这几种类型，如果燃气量经常波动，势必会严重影响到电厂的生产，可能造成锅炉长期闲置不能充分利用;煤气大量放散污染环境、浪费能源;耗费大量资金频繁改造锅炉以适应新的燃料等问题。
本文通过工程实例，根据包钢热电厂4#燃煤气锅炉节能改造设计，通过对锅炉本体及燃烧系统进行改造实现：（1）使电厂锅炉具有更高的机动调节性能，降低了锅炉由于厂区燃气变化而对锅炉运行产生的影响。即在公司煤气供应紧缺同时不影响管网蒸汽要求情况下，关闭锅炉燃气系统，启动锅炉燃煤状态;当厂区煤气大量富余时，关闭锅炉燃煤系统，运行燃气系统，利用放散煤气，减少环境污染同时节省能源，降低能耗，保证蒸汽供应; （2）为锅炉燃煤系统燃烧器采用带有侧边风的浓淡燃烧器组，达到减少NOx生成量，减轻或防止炉膛结焦的目的。
1 案例背景
包钢热电厂4#锅炉原为武汉锅炉厂1978年制造的130t/h中温中压燃煤固体排渣煤粉锅炉，为充分利用过剩高炉煤气，2001年热电厂将4#锅炉改造为纯烧高炉煤气并于当年投产。2008年随着包钢6#高炉及4座焦炉的建成投产，高、焦炉煤气产生更多的剩余放散，包钢又新建2×150MW燃气轮机发电机组，为保证该机组额定负荷运行的煤气供应，拟将热电厂原4#纯燃高炉煤气锅炉改回为纯燃煤蒸汽锅炉，以置换出部分高炉煤气满足第2台燃气轮机发电机组的煤气供应。为避免由于厂区燃气变化而对锅炉运行产生的影响，经过研究后决定将4#锅炉改造为蒸发量为130t/h既能纯烧煤粉及焦炉煤气，还可将煤粉（或焦炉煤气）与高炉煤气掺烧的复合型蒸汽锅炉，这样不仅保证了燃气轮机的运行，也保证了厂区蒸汽的稳定供应。
2 技术内容
2.1 燃烧器结构
本次在包钢热电厂130t/h锅炉改造设计中，将锅炉原来的单一高炉煤气燃烧器系统，更换为采用带有侧边风的浓淡燃烧器组，使得该燃烧器在保留了高炉煤气系统的基础上，又增加了焦炉煤气以及燃煤系统燃烧系统。其中燃煤系统含有两个一次风口、3个二次风口和1个三次风口。燃气系统包括有一个高炉煤气口和一个焦炉煤气口（如图1所示），炉膛内喷燃器为四角布置，煤粉以对角喷嘴在炉膛内形成假想切圆燃烧，锅炉点火使用焦炉煤气。
2.2 燃煤系统改造
根据热电厂燃煤锅炉运行经验，由于煤质以及燃烧器的设计布置等原因，锅炉内部常有结焦现象，使得锅炉效率降低并且缩短锅炉设备使用寿命，同时由于焦块附着在水冷壁管上，可能导致过热蒸汽温过高发生爆管从而影响生产。产生结焦的原因虽是多方面的，其中燃烧器的设计及布置是重要因素。
（1）水平浓淡燃技术
实例中，在燃煤系统燃烧器中的一次风道内增加导向叶片，使进入燃烧器一次风管中的煤粉与空气混合物产生分离。分离后的热风与煤粉在射入炉膛后，浓煤粉逼到切圆内侧，使向火侧的煤粉浓度高形成富燃料区，富料燃烧;而淡煤粉在切圆外的背火侧形成富氧区，富氧燃烧。这使得前者在过量空气系数远小于1的情况下燃烧，而后者在过量空气系数大于1的情况下燃烧，这样加快和强化了煤粉的着火和燃烧，使富煤粉气流处于直流燃烧器四角布置切圆燃烧器流结构中心的向火侧，这样就形成了侧边风浓淡燃烧器特有的高煤粉浓度、高温和高气流扰动度的“三高区域”，给煤粉颗粒着火燃烧提供了极为有利的条件。在该区内已着火的煤粉形成了稳定的着火源，不断点燃已处于高温区的高浓度煤粉，使火焰迅速扩展到整个射流。由于有了局部引燃煤粉气流的良好着火源，无需将全部煤粉同时加热到着火温度，因而煤粉气流射入炉内后着火时间缩短，燃烧过程提前，使煤粉燃烧更加稳定，通过这种方式不仅减少了NOx生成量，同时降低了高温煤粉流对锅炉水冷壁的冲刷，减少了炉内结焦的概率，达到减轻或防止炉膛结焦的目的。
（2）侧边风对燃烧的影响
在加入浓淡燃烧技术后，为了进一步控制燃烧速度，在一次风燃烧器背火侧送入侧边风，即在一次风管出口外侧增设风道，使燃烧器出口流体形成了“风包粉”结构。由于燃烧器背火侧空气量偏大，使背火侧氧浓度增加，灰熔点提高，有效防止了背火侧或水冷壁管的结焦，同时也能起到减少了NOx形成的作用。
结语
本次将燃煤与燃气燃烧系统集于一体同时在燃煤燃烧器上运用了带有侧边风的浓淡燃烧技术，解决了钢铁企业自备电厂由于锅炉燃烧方式以及燃料的变化造成煤气大量放散以及锅炉长期闲置等问题，使锅炉具有更高的机动调节性能，可在今后同类型设计项目中广泛采用，为国内同类型热电企业的锅炉改造技术拓宽了思路。
参考文献
[1]郭建军，张延新.130t/h煤粉锅炉燃烧技术改造[J].中国设备工程，2007（3）：48-50.
[2]吴少华，李争起，孙绍增，等.低NOx排放的“风包粉”浓淡煤粉燃烧技术[J].机械工程学报，2002（1）：108-111.