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帶再熱器的高爐煤氣鍋爐的設(shè)計

文檔作者：劉美麗文檔來源：西安陜鼓動力股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月13日
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· 研究與開發(fā)· 帶再熱器的高爐煤氣鍋爐的設(shè)計
文章編號：1004-8774(2013)03-0011-04
帶再熱器的高爐煤氣鍋爐的設(shè)計
劉美麗
(西安陜鼓動力股份有限公司，陜西西安710075)
摘 要：在高爐煤氣鍋爐中設(shè)置再熱器，將鋼鐵牛產(chǎn)工藝中的低壓飽和蒸汽通過再熱器過
熱，與高爐煤氣鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽進(jìn)入補(bǔ)汽凝氣式輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電，不僅充分利用剩余高
爐煤氣，也提高低上j三飽和蒸汽利用效率。
關(guān)鍵詞：高爐煤氣鍋爐；再熱器；開發(fā)
中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
The Development of Blast Furnace
Gas．fired Boiler with Reheater
LIU Mei—li
(Xi an Shangu Power Co．Ltd．，Xi aIl 710075，China)
作首簡介：劉美麗，
1986年畢業(yè)于西安
交大熱能上程專、I 。
研究方向：鍋爐設(shè)
備、余熱發(fā)電以及
ORC系統(tǒng)研究。
Abstract：Setting the reheater in blast furnace gas—fired boiler not only makes lull use of the remaining blast turnaee
gas，bul also improves the ulilization eficiency of saturated steam．By the beater low pressure saturated steanl used in steel
produetiot process wouhl generate electricity in supp]ementatw steam eondellsate gas turbine combined with medium temper—
ature and t)ressure steam produced by blast furnace gas—fired boiler．
Key words：blast furnace gas—fired boiler：reheater：development
0 引言
隨肴鋼鐵行、I 能減排技術(shù)的進(jìn)一步推廣實
施，綜合~IJ)lJ剩余離爐煤氣和回收各生產(chǎn)T藝余熱
已成為俐鐵企業(yè)節(jié)能降耗的主要途徑。大多數(shù)企業(yè)
把剩余高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣用于煤氣發(fā)電，技術(shù)已經(jīng)
成熟，而轉(zhuǎn)爐煙道冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的大量蒸汽直接排
放到 氣中，既浪費1r余熱資源又污染r周圍環(huán)境。
山于轉(zhuǎn)爐為周期性T作，吹煉期產(chǎn)生蒸汽，非吹煉期
不產(chǎn)生蒸汽，為有效地利用這種波動的蒸汽， 蒸汽
系統(tǒng)中裝設(shè)莆熱器，通過蓄熱器的調(diào)節(jié)，能連續(xù)I 穩(wěn)
定地向外供汽。我們采用 煤氣鍋爐中布置低壓飽
和蒸汽過熱器，將轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽住高爐煤 鍋爐rf|
過熱， 高爐煤氣鍋爐產(chǎn)牛的中溫巾壓蒸汽混合進(jìn)
入補(bǔ)汽凝氣式汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電(如同1)，既允分利
用煤氣，也提高低壓飽和蒸汽利用效率，同時簡化J，
余熱發(fā)電系統(tǒng)。
收稿日期：2013-04—17
圖1 高爐煤氣鍋爐+轉(zhuǎn)爐蒸汽聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)
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12 工業(yè)鍋爐 2013年第3期(總第139期)
2008年我公司總包了某鋼廠煤氣綜合利用項
目。該鋼廠現(xiàn)有1 080 m 高爐2座，120 t煉鋼轉(zhuǎn)爐
2座，全廠剩余高爐煤氣6～8萬m。／h(標(biāo)態(tài))，該項
目建設(shè)20 MW補(bǔ)汽凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組和75 t／h
中溫中壓燃高爐煤氣鍋爐，同時過熱36 t／h來自轉(zhuǎn)
爐蓄熱器低壓飽和蒸汽，汽機(jī)帶有兩級抽氣分別用
于低壓加熱器加熱凝結(jié)水和除氧器除氧。
1 75 t／h帶再熱器的高爐煤氣鍋爐設(shè)計
1．1 鍋爐設(shè)計參數(shù)
額定蒸發(fā)量： 75 t／h
過熱蒸汽壓力： 3．82 MPa
過熱蒸汽溫度： 450 oC
給水溫度： 104℃
排煙溫度： 150 cc
轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽壓力： 1．2 MPa
轉(zhuǎn)爐飽和蒸汽量： 36 t／h
補(bǔ)汽過熱蒸汽溫度： 320 oC
補(bǔ)汽過熱蒸汽壓力： 1．0 MPa
設(shè)計燃料： 高爐煤氣
燃料成分(容積比)：CO 24．81％ CO，17．67％
N2 54．16％ 02 0．53％ H2 2．86％
燃料低位發(fā)熱值： 3 139 kJ／m
1．2 鍋爐整體布置
本鍋爐(如圖2)的整體為前吊后支，“?！毙筒?
置，鍋筒、水管系統(tǒng)、過熱器全部懸吊于鍋爐頂板上，
6
— —
7
— —
8
煙氣出口
1一燃燒蓄熱器2一爐膛3一折焰角4一高溫過熱器
5一鍋筒6一低溫過熱器7一再熱器8一二級省煤器
9一高溫空預(yù)器10一一級省煤器1 1一低溫空預(yù)器
圖2 鍋爐總圖
再熱器、兩級省煤器、高溫空氣預(yù)熱器等尾部受熱面
則采用積木式結(jié)構(gòu)布置在尾部鋼架上，低溫空氣預(yù)
熱器支在尾部鋼架上。
1．3 鍋爐主要部分結(jié)構(gòu)簡述
(1)爐膛和膜式水冷壁
爐膛斷面為5 810 mm×5 810 mm的正方形，
燃燒器布置在四角上，爐膛四周布置有膜式水冷壁；
每片水冷壁由44根+60 mm×4 mm管子組成，管子
節(jié)距90 mm，分成12個循環(huán)回路；鍋爐鍋筒內(nèi)徑為
1 500 mm，壁厚為46 mm，鍋水由4根+273 mm×8
mm的下降管自鍋筒引出，再由24根6108 mm×
4．5 mm的分配管分別引入水冷壁的各個集箱。
為提高爐內(nèi)高溫?zé)煔獾某錆M度，在爐膛出口處
還設(shè)有折焰角，折焰角伸人爐膛1 750 mm，占爐膛
深度的30％，折焰角處水冷壁轉(zhuǎn)角采用三通結(jié)構(gòu)，
汽水混合物進(jìn)入鼻區(qū)集箱是采用帶縮口直管插入鼻
區(qū)集箱代替節(jié)流圈(見圖3)以期達(dá)到合理分配流量
的目的
圖3 鼻區(qū)集箱局部圖
(2)過熱器與汽溫調(diào)節(jié)
過熱器由頂棚管、高溫過熱器、低溫過熱器組
成，給水噴水減溫器設(shè)在兩級過熱器中間。飽和蒸
汽由4根+108 mm×5 mm的管子引入低溫過熱器
進(jìn)口集箱，再經(jīng)由63根+38 mm×3．5 mm的管子構(gòu)
成的頂棚過熱器和低溫過熱器；蒸汽經(jīng)低溫過熱器
引入減溫器，減溫后進(jìn)入由64根4,42 mm×3．5 mm
管子組成的高溫過熱器，過熱蒸汽經(jīng)4根+133 mm
×6 mm的管子引人集汽集箱。低溫段過熱器材料
為20(GB 3087)，高溫段過熱器材料為12CrlMoVG
(GB 5310)。
蒸汽溫度用給水噴水減溫器調(diào)節(jié)，按燃料核算在
額定負(fù)荷下噴水量為2．7 t／h，調(diào)溫幅度At>40 oC。
(3)再熱器及冷卻保護(hù)
再熱器布置在尾部豎井的上部。從兩座120 t
煉鋼轉(zhuǎn)爐蓄熱器出來的壓力為1．2 MPa的36 t／h
飽和蒸汽，由再熱器進(jìn)口集箱引入，經(jīng)由63根+38
mm×3．5 mm 的蛇形管再熱器過熱后，溫度達(dá)到
330℃ ，進(jìn)入噴水減溫器，再引到汽輪機(jī)補(bǔ)汽口用于
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· 研究與開發(fā)· 帶再熱器的高爐煤氣鍋爐的設(shè)計 13
發(fā)電。
由于轉(zhuǎn)爐為周期性工作，蓄熱系統(tǒng)不穩(wěn)定，并且
在轉(zhuǎn)爐維修時沒有蒸汽產(chǎn)生，再熱器的管壁過熱保
護(hù)是個關(guān)鍵問題。解決這個問題應(yīng)從兩方面人手，
一是從鍋筒上引出一部分飽和蒸汽進(jìn)行擴(kuò)容減壓，
進(jìn)入再熱器進(jìn)口集箱，冷卻再熱器管子，這部分蒸汽
送人汽輪機(jī)補(bǔ)汽口發(fā)電；二是再熱器管子材料采用
12CrlMoVG(GB 5310)，以提高耐熱溫度。
(4)省煤器及空氣預(yù)熱器
省煤器上下兩級布置，省煤器蛇形管均由d)32
mm x 3 mm的20(GB 3087)鋼管制成，上組50排，
下組56排。上組為光管結(jié)構(gòu)，下組采用螺旋鰭片
管、錯列布置。省煤器蛇形管通過支承梁將重量傳
到省煤器護(hù)板上，最后疊置在尾部鋼架上。
空氣預(yù)熱器雙級立式布置，管徑為640 mm x
1．5 mm，為防止運(yùn)行中振動加裝了防振隔板。最下
一組管箱單獨支承在尾部鋼架上，可方便檢修。額
定負(fù)荷時空氣預(yù)熱器出口風(fēng)溫為350℃。
各級省煤器、空氣預(yù)熱器之間預(yù)留了維修空問
及相應(yīng)的門孔便于檢修；在鍋爐啟動時用再循環(huán)系
統(tǒng)冷卻省煤器。
1．4 燃燒系統(tǒng)
該鍋爐的燃料為高爐煤氣，燃燒系統(tǒng)由旋流式
高爐煤氣燃燒器和爐內(nèi)燃燒蓄熱器組成，燃燒器的
設(shè)計充分考慮了拆裝檢修的便利。燃燒器四角分三
層布置，共12個燃燒控制點。高爐煤氣燃燒器火焰
假想切圓為大切圓；最下層配有液化石油氣管，作為
點火管用。將高爐煤氣和熱風(fēng)分別通過各自管道送
進(jìn)燃燒器，在燃燒器出口預(yù)混合后噴人爐膛，燃燒器
配備有高能自動電子點火裝置。燃燒生成的高溫?zé)?
氣通過爐膛水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器及空氣
預(yù)熱器各受熱面換熱冷卻后排人煙囪。高爐煤氣在
進(jìn)鍋爐島前設(shè)置電動蝶閥和插板閥組、快切閥實現(xiàn)
可靠快速切斷，然后分兩支管從鍋爐兩側(cè)送入燃燒
器。在鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)火焰異常熄滅、汽包水位異
常和爐膛壓力異常等情況時，可迅速切斷煤氣供應(yīng)，
并自動吹掃，防止煤氣停留爐膛。配有調(diào)節(jié)風(fēng)門及
變頻控制的送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)滿足鍋爐各種工況下的
需要。其燃燒系統(tǒng)圖如圖4所示(圖4所示為其中
A和B兩個角的剖面圖)。
本鍋爐可單獨使用任何一層燃燒器，且燃燒穩(wěn)
定，即最低穩(wěn)燃負(fù)荷為額定負(fù)荷30％。在低負(fù)荷運(yùn)
行時，可通過停用上層燃燒器來調(diào)控。
圖4 鍋爐燃燒系統(tǒng)不意圖
1．5 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)
為保證鍋爐安全運(yùn)行，本鍋爐設(shè)置了鍋爐爐膛
安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS(Furnace Safety Supervision Sys．
tern)，該系統(tǒng)的作用主要是：自動完成各種操作與保
護(hù)動作；避免運(yùn)行人員的誤操作；執(zhí)行人工操作來不
及的快動作。FSSS由燃燒器管理系統(tǒng)BMS(Burner
Management System)和燃料安全聯(lián)鎖系統(tǒng)FSS(Fuel
Safety System)組成。燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)包括
點火槍的進(jìn)退控制、快關(guān)閥的開關(guān)控制、點火器的打
火等；爐前設(shè)備的就地控制；與機(jī)組DCS系統(tǒng)通訊
聯(lián)系，可以防止過多高爐煤氣在爐膛內(nèi)的積聚，以免
引起爐膛爆炸，保證了鍋爐安全運(yùn)行。燃料安全聯(lián)
鎖系統(tǒng)(FSS)的功能是在鍋爐點火前和跳閘停爐后
對爐膛進(jìn)行吹掃，防止可燃物在爐膛堆積。在檢測
到危及設(shè)備、人身安全的運(yùn)行工況時，啟動主燃料跳
閘MFT(Main Fuel Trip)，迅速切斷燃料，緊急停爐。
本鍋爐還設(shè)置了爐膛火焰監(jiān)控用工業(yè)電視，實
時監(jiān)視爐膛火焰燃燒情況；通過對爐膛火焰、爐膛壓
力、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、汽包水位、燃?xì)夤?yīng)等涉及鍋爐
安全運(yùn)行的工況信息進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，并通過預(yù)設(shè)邏
輯自動判斷各類狀態(tài)，及時地向操作人員發(fā)出警告，
并在必要時聯(lián)鎖動作，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，便于操作
人員實時了解鍋爐運(yùn)行狀態(tài)。
2運(yùn)行情況
該項目自建成投產(chǎn)以來，運(yùn)行情況如下：
煤氣耗量為73 000—74 000 m ／h(標(biāo)態(tài))時，鍋
爐主蒸汽流量為70 t／h，蒸汽壓力為3．82 MPa，過熱
蒸汽溫度450 clC，在一臺轉(zhuǎn)爐停產(chǎn)的情況下再熱蒸
汽流量達(dá)到19～20 t／h，機(jī)組發(fā)電量達(dá)到18 000
kW，廠用電率為7．5％ ，外供電量16 650 kW；在2
臺轉(zhuǎn)爐同時投運(yùn)情況下再熱蒸汽流量達(dá)到36～39
t／h，煤氣耗量74 000～75 000 m ／h(標(biāo)態(tài))，機(jī)組發(fā)
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14 工業(yè)鍋爐 2013年第3期(總第139期)
電量達(dá)到20 800 kW，廠用電率為7．5％ ，外供電量
19 240 kW 。
按年運(yùn)行時間8 000 h計算，年外供電量1．54
×10 kW，電價按平均0．5元／(kW ·h)計算，直接
經(jīng)濟(jì)效益7 696萬元／a，節(jié)約標(biāo)煤5．54×10 t／a，減
排CO2 15．33×10 t／a。
根據(jù)目前的運(yùn)行狀況分析，在2臺轉(zhuǎn)爐運(yùn)轉(zhuǎn)正
常，高爐煤氣鍋爐的蒸汽壓力、蒸發(fā)量、過熱蒸汽溫
度、熱效率達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)，同時機(jī)組完全達(dá)到設(shè)計
的裝機(jī)容量(20 MW)。
3 結(jié)束語
(1)將鋼鐵生產(chǎn)工藝中，像轉(zhuǎn)爐、燒結(jié)、軋鋼產(chǎn)
生的低壓飽和蒸汽在高爐煤氣鍋爐中過熱后，進(jìn)入
補(bǔ)汽凝氣式汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電是綜合利用余熱資源的
(上接第10頁)
一般根據(jù)其實驗?zāi)Ｐ土鲌鰷y定的結(jié)果將n取
為0．5～0．9之問的某一值，切向速度 ．與半徑r關(guān)
系的公式形式為
內(nèi)渦旋中u．／r=eonst
外渦旋中U。·r”=const
我們采用的旋風(fēng)除塵器的切向速度約為
19 m／s，內(nèi)渦旋，筒徑為+280 mm×5 mm。
鍋爐燜氣經(jīng)該裝置頂部進(jìn)入，先由50組并列布
置的旋風(fēng)筒外筒卜部導(dǎo)流葉片引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入旋風(fēng)
筒，利用離心動力將灰塵分離進(jìn)入下部落灰斗。被
步凈化后的煙氣沿內(nèi)簡下部進(jìn)人，煙氣由下向E
利J}}j重／，J效果進(jìn)行再分離，然后從內(nèi)筒上部引出，經(jīng)
集氣套管從后側(cè)導(dǎo)出，經(jīng)煙道引入引風(fēng)機(jī)后進(jìn)人煙
圖，排人大氣。該系統(tǒng)除塵效率可達(dá)97％ 以上，處
理煙氣量165 000 m ／h，折算阻力1 500 Pa。
傳統(tǒng)多管旋風(fēng)分離器煙氣從側(cè)面進(jìn)入，受到結(jié)
構(gòu)限制，存在煙氣死角，分離效果大打折扣。本裝置
煙氣從頂部均勻進(jìn)人，可以充滿整個裝置內(nèi)部，分離
效果明顯改善。
除塵器安裝在鍋爐主機(jī)尾部受熱面豎井的下
部，結(jié)構(gòu)布置緊湊，可以節(jié)約鍋爐房空間，節(jié)約基建
投資。為加強(qiáng)煙氣旋轉(zhuǎn)程度、改善分離效果，除塵裝
重要途徑，既簡化了余熱發(fā)電系統(tǒng)，又節(jié)約工程投資
和運(yùn)行維護(hù)費用；
(2)高爐煤氣鍋爐采用爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)
(FSSS)，大大提高了高爐煤氣鍋爐運(yùn)行的安全性，
提升了高爐煤氣發(fā)電系統(tǒng)的信息化程度。
(3)在高爐煤氣鍋爐設(shè)計時，要綜合考慮轉(zhuǎn)爐
檢修時沒有蒸汽的情況，使系統(tǒng)能夠保證安全運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]趙欽新，惠世恩．燃油燃?xì)忮仩t[M]．兩安：西安交通大
學(xué)出版社，2000．
[2]劉春梅．FSSS在全燃?xì)忮仩t控制中的沒計與實現(xiàn)[J]．j-
海電力，2012(1)：47—51．
置內(nèi)部導(dǎo)流葉片采用圓弧型結(jié)構(gòu)，材料為耐磨鑄鐵，
其余零件均采用碳鋼材料，既減小整體重量，又節(jié)約
生產(chǎn)成本和投資成本。
4 鍋爐運(yùn)行
本鍋爐從2010年正式投運(yùn)至今，從實際運(yùn)行情
況來看，鍋爐蒸發(fā)量在69～72 t／h，過熱器出口溫度
為380℃ ±10℃ ，排州溫度控制在165 左右，過
量空氣系數(shù)控制在1．63左右，每天消耗生物質(zhì)燃料
約400 t，其各項運(yùn)行指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或高于設(shè)計參數(shù)
和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
5 總結(jié)
本項目開發(fā)過程中借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，對燃燒
設(shè)備、過熱器結(jié)構(gòu)、除塵器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。
本項目的成功開發(fā)，填補(bǔ)了我公司在中、大型燃生物
質(zhì)固定爐排鍋爐的市場空白，也為今后其它生物質(zhì)
燃料鍋爐的開發(fā)推廣積累了經(jīng)驗。醴
參考文獻(xiàn)
[1]張建安，劉德華．生物質(zhì)能源利用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)
工業(yè)出版社，2009．
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2010

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