掺烧高炉煤气锅炉的热力计算研究

气，在 不同掺烧 比例 下的热力计算结果表 明，随着高炉煤 气掺 烧 比例 的增加 ，炉膛辐射换 热减 少 ．烟道
对流 换 热 增加 ，锅 炉 热 效 率 降 低 。 当 高 炉 煤 气掺 烧 比 例 为 ２ ％ 时 ， 炉 膛 辐射 平 均 热 负荷 减 少 ｌ ．２ ， ０ ２２％ 烟 道 对 流换 热 量 增加 ２ ％ ，锅 炉 热 效 率 降 低 ２７ ％ 。 ４ ．４
热 的 一 些 计 算 结 果 。 由 表 ４ 可 知 ， 在 掺 烧 比 例 为 ７ ． ｍ 对 于 纯 煤 燃 烧 工 况 降 低 １ ． ２ 。 ９ ９Ｗ／ 相 ２２％
（ ％ ～２ ％ ） 范 围 内 ，炉 膛 出 口烟 气 温 度 变 化 不 这 是 因为 随着 掺 烧 比例 的 增 大 ，送 人 锅 炉 的 不 具 ０ ５
Ｆｉ ． Ｔｈｅ ｅ ｉａｌｃ ｍ ｂ ｔｏ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｈａ ｅ ｇ１ ｏｒ ｔｃ ｏ ｕｓｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎｇ
算 ，而 是 按 Ｉｋ ｇ固 体 燃 料 进 行 计 算
算 方法 如 下 ：
Ｘ
＝——
＝
，同 时 将
气 体 燃 料 附 加 计 算 到 １ｋ ｇ固体 燃 料 上 面 去 。其 计
１ ５ ７． ０ ５ ４１ ８ ３．１ ５ ８
过热蒸汽流量／ （ ・ ） ｔ ｈ 过热蒸汽 出口蒸汽压力／ＭＰ ａ 过热蒸汽 出 口蒸 汽温度／ ℃ 再热蒸汽流量／ （ ｈ ） ｔ・
再 热 蒸 汽 进 ／ 口压 力／ ａ 出 ＭＰ 再 热 蒸 汽 进 ／ 口汽 温／ 出 ℃
低 ，一 般 在 ３ ３ ０ ｋ／ 左 右 ，组 成 成 分 只 有 约 台三 分 仓 容 克 式 空 气 预 热 器 ，还 设 有 针 对 掺 烧 高 ５ Ｊｍ
２％ 的 Ｃ ０ Ｏ及 少 量 碳 氢 化 合 物 ，其 余 均 为 不 可 燃 炉 煤 气 的保 护 装 置 。设 计 燃 料 为 烟 煤 ，采 用 中 速 ０ 物质 ，难 以得 到 充 分 利 用 。 国外 关 于 高 炉 煤 气 利 磨 正 压 直 吹 式 制 粉 系 统 ， 同 时 具 有 掺 烧 （ ％ ～
关键词 ：高炉煤 气 ；掺烧 比例 ；锅 炉热效率 ；热力计算
中 图分 类号 ：Ｔ ２ ９ ９ Ｋ ２．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引言
在 钢 铁 企 业 的 生 产 过 程 中 ，会 产 生 大 量 的 高
１ 研 究对 象
该 电厂 锅 炉 采 用 了 单 汽 包 自然 循 环 、四 角 布
在燃 烧 室 中 会 吸 收 大 量 的 燃 烧 生 成 热 ，降 低 了炉
内燃 烧 产 物 的温 度 水 平 ，使 炉 内辐 射 换 热 量 减 少 ； 时 间缩 短 ，也 会 减 少 炉 内 辐 射 传 热 量 ，理 论 燃 烧 温度 降低 所 损 失 的 热 量 与 炉 膛 辐 射 热 量 的减 少 相
ｋ／ ｇ Ｊ ｋ ；Ｘ 为 １ ｇ 固 体 燃 料 的 附 加 气 体 燃 料 ｍ ／ 。烟 气 流 量 增 大 的 主 要 来 源 是 高 炉 煤 气 ，高 ｋ ｓ
３ 计 算 结 果 与 分 析
３ １ 对燃 料燃烧 特性 的影 响 ．
掺 烧 高 炉 煤 气 时 ，由 于 高 炉 煤 气 的 低 位 发 热 主要 因素 。烟 气 流 量 的 增 大 使 进 人 烟 道 的 烟 气 流 量 很 低 （ ６ Ｊ ｍ ） ３０ ６ ｋ／ ，而 烟煤 的低 位 发 热 量 一 般 速增 加 ，增 大 烟 气 侧 对 流 传 热 系 数 ，增 加 烟 道 的 约 为 ２ ０ ３ ０ Ｊ ｋ ， 混 合 燃 料 的理论 燃 烧 对 流 传 热 量 。 ００ ０～ ００ ０ｋ／ ｇ
烧 特 性 、炉 膛 辐 射 换 热 和 烟 道 对 流 换 热 及 锅 炉 热
表 １ 锅 炉的主要技术参数
Ｔａ １ Ｍ ａ ｎ ｔ ｃ ｂ． ｉ ｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｐａ ａ ｅｅ ｓ ｏ ｈｅ ｂｏｌ ｒ ｌ ｇ ｒ ｍ ｔ ｒ ｆｔ ｉｅ
项目
参。 如 果 能 充 分 利 用 这 类 二 次 能 置 的 切 向摆 动 式 燃 烧 器 、 三 级 喷 水 减 温 系 统 、固 源 ，将 产 生 可 观 的 经 济 效 益 。但 高 炉 煤 气 热 值 很 态 排 渣 ；炉膛 采 用 膜 式 水 冷 壁 ，炉 后 尾 部 布 置 两
０ ， 用 的 工 作 开 始 较 早 ，２ ０世 纪 ７ ０年 代 就 开 始 利 用 ３ ％ ） 高 炉 煤 气 的 能 力 。锅 炉 的 技 术 参 数 见 表 １ 。为 了 方 便 对 计 算 结 高 炉 煤 气 作 为 动 力 燃 料 使 用 ，利 用 主 要 集 中 在 两 煤 种 和 高 炉 煤 气 成 分 见 表 ２
巍嘲
筘０Ｗ 蛙豫 附８ ｛ 浆糍豫｛ ＜
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第 ９期
方立军 ，等 掺烧 高炉煤气锅炉的热力计算研究
５５
３ ２ 对 炉膛 辐射 换 热的 影响 ．
膛 辐 射 换 热 量 越 少 ，辐 射 受 热 面 的平 均 热 负 荷 越
表 ４给 出 了 不 同 高 炉 煤 气 掺 烧 比例 对 炉 膛 换 小 。 当掺 烧 比例 为 ２ ％ 时 ，炉 膛 辐 射 平 均 热 负 荷 ０
Ｑ １
２
ｗ ｔ ｌｎ ｉ ｇｒ ｔ ｆ Ｆ （ ｌｓ ｆ ｒ ａ ｅｇ ｓ ｉ ｂ ｅ ｄ ｎ ａｉ ｏ Ｇ ｂａ ｔ ｕ ｎ ｃ ａ ） ｈ ｏ Ｂ
×
×
（） １
（ ）
表 ３给 出 了 不 同高 炉 煤 气 掺 烧 比例 所 对 应 的 炉膛 出 口烟 气 流 量 的 计 算 结 果 。 由 表 ３的 数 据 可 以看 出 ，炉膛 出 口烟 气 流 量 随 着 掺 烧 比例 的增 加
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ２— ６—１ 。 ８
作者简 介 ：方 立军 （９ １ ） １７ 一 ，男 ，副教授 ，研究方 向为 大气 污染 物控 制 和洁净煤 技术 ，通信作 者 ：武 生 ，Ｅｍａ ：ｗ ｓｅｇ － ｉ ｕｈｎ— ｌ
ｗｏ ｋ １ ３． ｏ 。 ｒ＠ ６ ｃ ｒ ｎ
电 力
１７ １℃ 。这 样 的温 度 水 平 对煤 粉 颗粒 着 火 和 燃 尽 ７
尚不 成 问 题 ，而 且 理 论 燃 烧 温 度 的 降 低 对 减 少 ＮＯ 的生 成 很 有 意 义 。但 是 ，理 论 燃 烧 温 度 降 低 会 使 炉 内平 均 温 度 水 平 下 降 ，降低 炉 膛 的辐 射 换
热量
寇
赠
２ 计 算 方 法
对 于 固体 和 气 体 燃 料 混 烧 来 说 ，常 给 出 各 燃 料 的热 量 份 额 ，即 每 种 燃 料 所 占锅 炉 的 负 荷 百 分 比 ，在 热 力 计 算 中 燃 烧 不 是 按 每 千 克 混 合 燃 料 计
剐
图 １ 理论燃烧温度随高炉煤气掺烧 比例的变化
表 ３ 烟 气流量 随高炉煤气 掺烧 比例 的变化
Ｔ ｂ ３ Ｆ ｕ ａ ｏ ｈ ｎ ｅｗｉ ｌ ｄｎ ａ ｉ ｏ Ｆ （ ｌｓ ｆｒ ａ ｅｇ ｓ ａ ． ｌｅ ｇ ｓｆ ｗ ｃ ａ ｇ ｔ ｂｅ ｉｇ ｒ ｔ ｆ Ｇ ｂａ ｔ ｕ ｎ ｃ ａ ） ｌ ｈ ｎ ｏ Ｂ
量 为 ３ ６ ８ ｍ ／ ，相 对 于 纯 燃 煤 工 况 增 大 了 ３ ． ０ ． ｓ ８１
炉 煤 气 中的 Ｎ ，Ｃ 不 可 燃 气 体 进 入 炉 膛 ，不 ： Ｏ等 参 与 燃 烧 直 接 随着 烟 气 流 人 烟 道 ，造 成 了炉 膛 出 口烟 气 流 量 的增 加 。在 实 际 运 行 过 程 中 ，过 量 空 气 系数 的变 化 也 是 影 响 炉 膛 出 口烟 气 流 量 变 化 的
掺 烧 高炉 煤 气 锅炉 的热 力 计 算研 究
方 立 军 ，武 生
（ 华北 电力大学 能源动力与机械工程学 院，河北 保定 ０ １０ ） ７ ０ ３
摘 要 ： 高 炉 煤 气 与 煤 粉 混 烧 发 电供 热 是 利 用 高 炉煤 气 的 主 要 方 式 。 对 一 台 ３ ０ＭＷ 煤 粉 锅 炉掺 烧 高 炉 煤 ０
科
学
与
工
程
２１ ０ ２拄
表 ２ 煤 种 和 高 炉 煤 气 成 分
Ｔａ ２ Ｃ ｏ ｐｏ ｉｉ ｆｔ ｏ ｂ． ｍ ｓｔｏｎ ｏ ｈｅ ｃ ａｌａｎｄ ＢＦＧ
温 度 必 定下 降 ，如 下 图 １所 示 。｝ 合 燃 料 的 理 论 昆 燃 烧 温 度 都 随 高 炉 煤 气 掺 烧 比例 呈 双 曲 线 下 降 。 当掺 烧 比例 达 到 ２ ％ 时 ，火 焰 的 理 论 燃 烧 温 度 为 ０
《 砖 鞭戤 曩
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ｌ 鞋簸城｛
—一
第 ２ 卷第 ９ ８ 期
２１ ０２年 ９月
电
力
科
学
与
工
程
Ｖｏ ． ８。 ． １２ Ｎｏ ９
５ ３
Ｅｌｃ ｒ ｃＰｏ ｒ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔ ｉ ｗｅ ｃｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
Ｓ ｐ． ０ ２ ｅ ， １ ２
２ ０％ ， ２５％ 。
烧 … ；二 是 通 过 高 炉 煤 气 燃 气 轮 机 联 合 循 环 来 提 高 高 炉 煤 气 的 热 效 率 。 国 内关 于 高 炉 煤 气 利 用
的研 究 大 多 主 要 集 中在 全 燃 高 炉 煤 气 锅 炉 发 电 以 及 高 炉 煤 气 用 于 本 厂 加 热 炉 燃 烧 供 热 等 方 面 “ ， 关 于 燃 煤 锅 炉 掺 烧 高 炉 煤 气 尤 其 是 大 容 量 燃 煤 锅 炉 掺 烧 高 炉 煤 气 的 的燃 烧 特 性 的相 关 文 献 却 很 少 。 本 文 以某 ３ ０ Ｍｗ 煤 粉 锅 炉 为 对 象 ，研 究 了 ０ 燃 煤 锅 炉 在 不 同高 炉 煤 气 掺 烧 比例 下 ，对 燃 料 燃
３ ８０ ３ ６０ ． １／ ． ３ ３４ ２ ５ １ ２ ．／ ４
２ ７８． ６ ２ ０ ３ ０ ２
省煤器 给水 温度／ ℃ 冷 风温度／ ℃
热风温度／ ℃
效 率 等 方 面 的 影 响 。此 研 究 结 果 可 对 燃 煤 电站 掺 烧 高 炉 煤 气 的安 全 运 行 提 供 理 论 参 考 。
个 方 面 ：一 是 高 炉 煤 气 和 天 然 气 等 高 热 值 燃 气 ｝ 果 进 行 分 析 ，在 热 力 计 算 中热 量 掺 烧 比例 分 别 定 昆 ％ ％ ％ ０ ３ ５ ８ 合 制 成 混 合 煤 气 ，提 高 煤 气 的热 值 ，建 造 气 柜 调 为 ０ ， ３ ， ７ ， １ ％ ， １ ％ ， １ ％ ， １ ％ ， 节 煤 气 供 应 峰 值 ，实 现 燃 气 锅 炉 的稳 定 、高 效 燃
而 增 大 ，当 掺烧 比例 为 ２ ％ 时 ，炉 膛 出 口烟 气 流 ０
ｇｌ
Ｑ ＝Ｑ ＋Ｘ Ｑ
（） ２
式 中 ：ｇ 为 固 体 燃 料 的 热 量 份 额 ％ ；Ｑ，Ｑ ，Ｑ ，
为 混 合 燃 料 、 固体 燃 料 、气 体 燃 料 的低 位 发 热 量 ，
量 ，１ ３。 ＇ １
前 提 下 ，炉膛 辐 射 换 热 的 终 点 温 度 变 化 不 大 。但 另外 ，随着 掺 烧 比 例 的增 大 ， 烟 气 在 炉 内 的 停 留
大 。 在 锅 炉 设 计 说 明 书 中 ，当 掺 烧 比 例 为 ２ ％ ０ 时 ，炉 膛 出 口烟 气 温 度 为 １０ ４ ｑ ６ Ｃ，与 表 中 计 算
结 果 几 乎 一 致 ，所 以 在 混 合 燃 料 满 足 稳 定 燃 烧 的
备 辐 射 能 力 的 Ｎ 等 惰 性 气 体 增 多 ，这 些 惰 性 气 体 ：