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    中國是鋼鐵生產大國，年產鋼量超過1.0×108t，每冶煉1t生鐵會產生約3000m3的高爐煤氣，它們是極重要的二次能源，充分利用鋼鐵企業(yè)的副產煤氣，不僅可以節(jié)約大量的燃料，而且可以極大地改善環(huán)境，
    全燃氣鍋爐就是燃燒低熱值的高爐煤氣及轉爐煤氣的鍋爐．
    目前，國內已投產使用的最大的全燒高爐煤氣鍋爐是寧夏鋼鐵有限責任公司（以下簡稱寧鋼）的400 t/h超高壓、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，其對應的汽機發(fā)電量為I50 MW.
    本文對該高爐煤氣鍋爐進行了分析，并提出了一些優(yōu)化設計方法．
1、高爐煤氣的特性
    高爐煤氣是一種低熱值的氣體燃料，其Nz含量約為50%～60%．C02含量約為16%~20%，可燃成分主要為CO和H2，熱值低且含量極少，co含量約為20%～26%，H2含量約為1.5%-2%，一般情況下，高爐煤氣的低位發(fā)熱量僅為2800—3 550 kVNm3.
    由于高爐煤氣中含有大量的惰性氣體，可燃成分很少，每立方米煤氣燃燒時所需的空氣量也較少，每標準立方米高爐煤氣所需的理論空氣量僅為0.6 Nm3，約為同類型燃煤的70%，但其煙氣量較大，是同類型燃煤的1.7倍左右．富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    高爐煤氣中的含硫量極少，且C。H。含量也極少，這使得煙氣的露點較高，即使在點火初期也不會結露，因此無需考慮低溫腐蝕等問題．
    由于高爐煤氣中的不可燃成分較多，其理論燃燒溫度較低，僅為l 250～1300℃，是煤的理論燃燒溫度的60%左右，其火焰中心溫度低，化學反應速度慢，因此在設計鍋爐時應考慮高爐煤氣需要有足夠的燃盡時間，還要解決燃燒火焰不穩(wěn)定、易產生脈動、易脫火等問題，高爐煤氣的著火溫度比較高，為530~660℃，因此燃燒高爐煤氣的鍋爐通常應采用其他熱值較高的點火燃料（天然氣或者焦爐煤氣）．高爐煤氣燃燒為氣氣單相燃燒，一旦具備了著火和穩(wěn)燃條件，燃燒就非常迅速，且火炬很短，
    高爐煤氣中的CO和Hz為易燃易爆氣體，CO為有毒氣體．高爐煤氣在空氣中的爆炸極限濃度為35%～71%，因此高爐煤氣的安全穩(wěn)定燃燒也是非常重要的．2400 t/h全燃氣鍋爐系統(tǒng)分析
    為了實現高爐煤氣鍋爐的安全穩(wěn)定完全燃燒，必須注意以下3點：
    (1)煤氣和空氣的良好混合使混合氣中的高爐煤氣達到著火體積濃度，混合氣的溫度升高到著火溫度．
    (2)溫度場溫度的控制  由于高爐煤氣燃燒不易回火、易脫火，因此在燃燒區(qū)域應盡量提高溫度場溫度．以保證火焰穩(wěn)定和燃燒安全．
    (3)受熱面的布置合理布置受熱面，可以有效提高鍋爐的效率．
2.1高爐煤氣燃燒器的設計
    高爐煤氣燃燒器主要有多管式和旋流式兩種．小容量高爐煤氣鍋爐多采用多管式煤氣燃燒器，煤氣在管內流動，空氣在管外流動，兩種氣體在燃燒器出口混合．這種燃燒器的火焰比較長，單個燃燒器的容量較低，適合4角布置，旋流式燃燒器的一般設計是使煤氣和空氣流經各自的通道，并在通道中設置了旋流葉片，當煤氣和空氣流經旋流葉片時產生旋流，在燃燒器出口產生強烈混合．其特點是負荷調節(jié)較大，低負荷狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒性能好，不會發(fā)生回火．由于兩種氣體混合完全且燃燒充分，燃燒器火焰長度較短，單個燃燒器的容量較大，適合大容量的鍋爐，宜前后墻布置．
    寧鋼的400t/h全燃氣鍋爐燃燒器為前后墻布置，前墻布置3層，后墻布置2層，每層布置4個燃燒器，共計20個，這種布置方法相對靈活，前后墻燃燒器層數不必相同，而且可以根據鋼廠的實際情況增加其他氣體的燃燒器．其中，前墻上層中間的2個為焦爐煤氣燃燒器，其余18個均為高爐煤氣燃燒器．前、后墻最下排的燃燒器及前墻上層中間的2個焦爐煤氣燃燒器，均配備焦爐煤氣點火裝置。
    高爐煤氣燃燒器為雙旋流型，鍋爐負荷在50%~100%，可以不用穩(wěn)燃燃料，并保證蒸汽參數，為了保證燃燒安全，每只燃燒器上配有火焰檢測裝置．另外，由于煤氣是一種劣質氣體燃料，為了保證燃燒的穩(wěn)定性，爐膛燃燒器區(qū)和爐底敷有衛(wèi)燃帶，以保證鍋爐低負荷時的穩(wěn)定燃燒．．
2.2鍋爐受熱面的布置
    鍋爐爐膛主要負責完成蒸發(fā)吸熱，通常中低壓鍋爐的蒸發(fā)吸熱量超過60%，高壓鍋爐(10MPa．540℃，給水215℃)的蒸發(fā)吸熱量約為49%，超高壓再熱鍋爐(13.7 MPa，540℃，給水238℃)的蒸發(fā)吸熱約為39%.由此可以看出，鍋爐蒸汽壓力越低，需要的蒸發(fā)吸熱比例越大；蒸汽壓力越高，需要的蒸發(fā)吸熱比例越�。�
    由于高爐煤氣的燃燒生成物為不發(fā)光氣體，輻射能力很差，因此爐膛吸熱比例較小．高爐煤氣鍋爐的爐膛吸熱比例隨爐膛出口溫度的變化如表l所示．
    由表1可以看出，高爐煤氣鍋爐不能吸收蒸發(fā)全部熱量，需要其他受熱面來吸收多余部分，小容量中低壓鍋爐一般采用上下鍋筒的對流管柬來吸收多余的熱量，而大容量高參數高爐煤氣鍋爐的蒸發(fā)吸熱比例較小，一般采用單鍋筒布置，蒸發(fā)吸熱后的多余熱量采用沸騰式省煤器來吸收，
    寧鋼400 t/h全燃氣鍋爐為單鍋筒布置，在其前煙道中布置沸騰式旁路省煤器．如果省煤器出口沸騰度超過30%，會導致省煤器的阻力增加，受熱不均勻，甚至引發(fā)省煤器爆管事故，因此旁路省煤器的沸騰度一般控制在20%左右．
2.3煤氣加熱器的應用
    高爐煤氣鍋爐的熱損失主要是排煙損失，而排煙損失主要取決于鍋爐的排煙溫度，排煙溫度每上升10℃，排煙的熱損失增加約1qo．為了提高鍋爐效率，減少排煙熱損失，利用空氣預熱器的出口煙氣對煤氣進行加熱，并在空氣預熱器后方吸風機前方布置了分離式煤氣熱管換熱器．由于空氣預熱器出口熱風溫度已達到247℃，采用提高熱風溫度的方法來降低排煙溫度效果不大，而采用加熱冷煤氣來降低排煙溫度則是一種較為有效的方法，寧鋼的400t/h全煤氣鍋爐采用煤氣加熱器后，排煙溫度從193 qC降到了140℃，高爐煤氣從20℃上升到140℃，保證鍋爐的效率大于89%．
3、鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設計
3.1煙風和煤氣管道系統(tǒng)的優(yōu)化
    寧鋼400 t/h全燃氣鍋爐是目前國內運行容量最大的全燒高爐煤氣鍋爐，其煤氣管道及風道尺寸很大、數量很多，鍋爐四周可布置的空間較為狹小，針對這一突出問題，對煙風和煤氣管道系統(tǒng)的布置進行了優(yōu)化，具體優(yōu)化設計包括以下3個方面．
    (1)煤氣管道及熱風管道采用母管高位鍋爐兩側布置，以簡化煤氣管道放散系統(tǒng)，節(jié)約投資成本．由高位母管在鍋爐前后墻4角向下引4根垂直立管，呈懸掛式布置，每層每組燃燒器所需的燃氣和風量都從垂直立管上引出，每組燃燒器的燃氣母管上設有流量計、調節(jié)閥和快切閥，每組燃燒器的熱風母管上設有流量計和調節(jié)閥，另外，將熱風母管布置在煤氣母管下，并與煤氣母管走向一致，使管道布置更加整齊、美觀．
    (2)燃燒系統(tǒng)的控制采用組單元控制，每組包括2個燃燒器，每層分左右兩組，以此簡化控制系統(tǒng)，同時減少閥門和管道，節(jié)約投資成本．
    (3)每層左右兩組燃燒器的煤氣管道連接在一起組成層煤氣母管，中間用堵板隔開，熱風管道亦如此．這使得左右兩組燃燒器的控制相對獨立，不會相互干擾，面煤氣和熱風管道上的凋節(jié)閥可以根據鍋爐負荷及燃燒情況進行獨立調整，另外，層母管的設計增加了管道的剛度，減少了管道的支吊架．富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3.2煤氣系統(tǒng)的安全設計
    由于煤氣是一種易燃、易爆、有毒氣體，而且遇到明火還會引起爐膛爆炸．因此，設計中要考慮設備維修時泄漏煤氣對人體造成的危害，以及對鍋爐設備造成的損壞．
    為了保證系統(tǒng)的安全運行，設計時采取了以下5項措施．
    (1)煤氣管道采用架空布置，除了必須采用法蘭連接的地方外，其余采用焊接連接．
    (2)每臺鍋爐的煤氣母管上設置可靠的隔斷措施，以保證鍋爐停運時鍋爐側煤氣管道和鋼廠側煤氣管道完全隔斷．安全隔斷措施包括密封蝶閥、水封及盲板，密封蝶閥采用氣動雙偏心無泄漏蝶閥，水封有效高度在3m以上，水封后布置的盲板是為了確保無煤氣泄漏．
    (3)煤氣管道內設置置換和放散系統(tǒng)，在煤氣管道入口、管道及設備的最高處、管道末端、水封前后、閥門前后均設有放散管，放散管上設取樣管，以測量煤氣濃度．煤氣置換可以采用N2或蒸汽．
    (4)每組燃燒器前的煤氣管道上設有快速切斷閥，當鍋爐需要MFT時迅速切斷燃料供給，同時在高位煤氣母管上也設有快速切斷閥．
    (5)為了防止煤氣泄漏聚集引起爆炸及危害人身安全，鍋爐房采用全敞開式布置，鍋爐運轉層的上下都不設圍墻，防止煤氣聚集．此外，在每層燃燒器附近均設有煤氣泄漏報警裝置，進行實時監(jiān)控．
4、結語
    煉鋼廠廢氣通過燃燒發(fā)電是一件變廢為寶、節(jié)能環(huán)保、利國利民的好事，煤氣鍋爐大型化也是必然趨勢．本文根據寧鋼400 t/h全燒高爐煤氣的鍋爐設計及運行經驗給出了全燒鍋爐煤氣燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化設計，提高了鍋爐的安全性，節(jié)約了投資成本。