南钢220th锅炉全燃高炉煤气改造

冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第12期总第178期南钢220t/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220t/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220t/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)12-0019-03Transformationofthe220t/hBoilerfromBurningCokingGastoBFGasatNanjingSteelCHENShuanglong，SUNTaifu(TheEnergyCenterofNanjingIronandSteelCompany,Nanjing,Jiangsu210035,China)【Abstract】The220t/hboilerofNISCOwastransformedfrommainlyburningcokinggastofullyburningblastfurnacegas,sothegassystemoftheboilerhadtobeproperlymodifiedinordertoensurethesafeandreliableoperationoftheboiler.Throughanalysisofthegassystemofthe220t/hboiler,arationalandreliablemodificationprogramwasde-signedtoensurethenormaloperationoftheboiler.【Keywords】boiler；gas；modification1改造的原因南钢的转型发展，老焦化面临淘汰，4.7m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#220t/h燃气锅炉设计使用高炉煤气80000m3/h，焦炉煤气20000m3/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80000m3/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METALLURGICALPOWER2014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80000m3/h增量至约180000m3/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7kPa，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=2.5kPa，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1kPa；（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60m，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6~8万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/Pa18万150025万230030万330036万4500图1改造后系统图20冶金动力METALLURGICALPOWER2014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：①将下部水冷壁（含燃烧器区域）整体割断下移1m，并以小管屏的方式更换前后墙燃烧器区域并加长1m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1m；②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；③适当减少下级省煤器受热面，更换下级省煤器；④为降低排烟温度，尾部加设低压省煤器；⑤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；⑥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190t/h。4结论1#220t/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190t/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1000万t项目建成后的煤气平衡分析，完全可以满足发电要求。本方案于2013年11月20日正式实施，2014年3月12日改造完毕，正式投运。改造后，1#炉运行工况良好，全燃高炉煤气工况均达到本方案的要求。收稿日期：2014－09－01收到修改稿日期：2014－09－18作者简介：陈双龙（1982－），男，2004年毕业于江苏工业学院热能与动力工程专业，助理工程师，现从事发电系统专业技术工作。图2改造前1#炉煤气系统图21