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浅析工业锅炉煤气燃烧装置的运行操作与注意事项
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　　高炉煤气是从高炉炉顶逸出的煤气，是高炉炼铁过程中所得到的一种。高炉燃料的热量约有60％转移到高炉煤气中。据，高炉每消耗1吨焦炭约可产出立方米高炉煤气。高炉煤气的理论燃烧温度约为℃，在许多情况下，必须通过把空气和煤气预热来提高它的燃烧温度，才能满足用户的要求。高炉煤气从高炉逸出时含有大量粉尘，约为60－80克／立方米，必须经过除尘处理才能符合使用要求。
　　在冶金生产中，高炉煤气主要用于焦炉，在冶金联合企业中，与混合后也可以用于平炉。
　　高炉煤气的成分和发热值如下：
表1 高炉煤气的成分和发热值
&(CO)/％&(CO2)/％&(H2)/％&(O2)/％&(N2)/％发热值/(kJ.Nm & 3)
232020553056
　　高炉煤气是高炉炼铁的副产品，煤气成分以N2、C02和C0为主，其特点是含尘量大、不易着火、燃烧不稳定、热值低，一般为3 000～3 800 kJ／m3，产出波动大，尤其是高炉休风或发生待料的时候。高炉煤气的主要用户是高炉热风炉、焦炉、电站锅炉以及燃用高焦混合煤气的轧钢加热炉等。由于高炉煤气的热值较低，一般在煤气平衡不好时首先选择放散高炉煤气，因此高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的。
　　高炉煤气锅炉的发展随着锅炉燃烧技术的发展经历了链条锅炉掺烧高炉煤气、煤粉锅炉掺烧高炉煤气、焦炉煤气高炉煤气混烧锅炉、纯烧高炉煤气锅炉、燃气蒸汽联合循环等阶段。
　　1.链条锅炉掺烧高炉煤气锅炉
　　在高炉容量较小的早期，为摸索燃烧高炉煤气的，在原有的链条锅炉中设计改装上预混式燃烧器，就可烧高炉煤气。
　　采用这种方法简单方便，但在运行时，也要运行，煤仍然要给人，链条上有一层红热的煤渣层，此渣层对对进入的混合气体有加热作用，对煤气的燃烧有帮助作用。
　　这种锅炉因炉排还要运行而不能全烧高炉煤气，过热器一般为了在没有高炉煤气时的运行按全烧煤设计，也会因掺烧高炉煤气烟气量大而超温，同时受链条锅炉容量的限制，单台锅炉消耗高炉煤气的量不大，要消耗大量的煤气就要很多台锅炉，这样运行管理也不便，只在一些年产量低于50万t的小型钢厂采用这种炉型。
　　2.煤粉锅炉掺烧高炉煤气
　　煤粉锅炉的燃烧为悬浮燃烧，这种燃烧方式与高炉煤气的燃烧很相似，只要在煤粉燃烧器的下部装设煤气燃烧器即可成为掺烧高炉煤气锅炉。这种锅炉的本体结构与煤粉锅炉相比变化不大，但锅炉的额定工况设计还是要以烧煤为主，否则就不能保证锅炉在锅炉启动时因此时没有高炉煤气的过热蒸汽参数的正常。同时要配备2套燃料制备输送系统，很高。
　　由于高炉煤气燃烧速度要大大快于煤粉的双相燃烧速度，燃尽时间短于煤粉的燃尽时间，在燃烧时就要做到高炉煤气与空气的混合比例最佳，在煤粉燃烧器的下部就有足够的氧气，使高炉煤气在此区段内就获得足够的氧气，否则高炉煤气燃烧时会与煤粉争夺氧气，使煤粉燃烧区域缺氧，煤粉燃烧不完全，锅炉效率大大降低。
　　高炉煤气的燃烧为扩散燃烧，要做到煤气与煤粉不争氧，工程上往往较难。此种锅炉在各钢厂使用较少，一般用在新建钢厂且无其他气源又要使用汽轮鼓风机(一种给高炉送风的由汽轮机带动的高压头大型风机)的中。
　　3.焦炉煤气掺烧高炉煤气锅炉
　　低热值煤气，其完全燃烧的条件高，完全燃烧放出的热量也不高，燃烧就不完全、燃烧不安全，人为提高其热值就可以使其燃烧放出的热量多，燃烧温度高，燃烧完全且安全。
　　一般钢铁厂也有焦炉，有一定量的焦炉煤气，但焦炉煤气是城市管道煤气的主要气源，在钢厂的各工段，如炼钢、轧钢、烧结也在用此气体，能给锅炉使用的量少，这也给锅炉的安全稳定运行也带来严重的威胁。同时焦炉煤气的高，用于动力锅炉其经济性也不好，这种锅炉也较少。
　　4.纯烧高炉煤气锅炉
　　随着各对高炉煤气的综合利用较为重视，对高炉煤气的燃烧特性认识更加透彻及技术的进步，纯烧高炉煤气的锅炉也进一步开发成功，它的成功运行，减少了烧高炉煤气时对其他燃料的依赖，同时又减化了锅炉的辅助系统，减少了的，做到了投资的最佳化。
　　5.燃气轮机联合循环
　　过去由于燃气轮机的功率远远小于蒸汽轮机，也不够高，但是，20世纪80年代以来，燃气轮机技术得到迅速发展，单机功率已达200 MW，单机供电效率达40％左右，因为燃气轮机的排气温度高、流量大，排气的能量还很高，尾部配有余热锅炉，产生高温高压蒸汽到汽轮机做功，提高了能量的转化效率，一般燃气轮机使用的燃料为或液体燃料，近年来开发了使用高炉煤气掺烧焦炉煤气的燃气轮机，把燃气轮机的使用领域扩大到；目前燃气一蒸汽联合循环有3种基本方案，即：不补燃的余热锅炉型方案、有补燃的余热锅炉型方案和增压锅炉型方案。
　　低热值高炉煤气的特点是可燃成分低，燃烧不稳定，燃烧温度低，烟气量大。火焰稳定直接关系到燃烧的安全性，对低热值煤气一般都采用稳定强化燃烧的措施，如富化高炉煤气或采用换热器对高炉煤气和助燃空气双预热等。
　　1.富化高炉煤气
　　炼铁过程中产生的大量高炉煤气也作为高炉热风炉的燃料使用，_般占到煤气产量的40％左右。然而，随着高炉入炉焦比的降低，高炉煤气的热值已降到3 300 kJ／m^3以下，显然，如果不采取其它附加措施，用此高炉煤气获得高风温是不大可能的。为了获得高风温，国内外基本上采用富化高炉煤气的办法，即掺烧一部分高热值煤气(如焦炉煤气、转炉煤气等)以获得高风温。2#高炉掺烧转炉煤气、部分高炉掺烧焦炉煤气均以获得高风温来满足。
　　2.采取双预热，提高高炉煤气利用率
　　在高炉煤气不被预热的条件下，很难满足加热要求，因而大量的高炉煤气因无法使用被放散。如果对这些低热值煤气及其助燃空气进行预热，完全可以满足工业加热的高温要求，这不仅可以节约大量的燃料，而且可以减少对大气环境的污染，扩大了低热值煤气的应用范围。
　　耗能设备(如加热炉、热处理炉等)的燃料利用系数指的是遗留于炉内的热量(有效热与炉子热损失的和)与供给炉子的燃料燃烧热量之比，或在热工设备中，得到的有效能和设备的热损失之和与燃料的燃烧热之比叫做燃料的利用系数。
　　即&燃＝(Q有＋Q失)／Q燃
　　式中：Q有——炉子的有效热
　　Q失——炉子的热损失
　　Q燃——供给炉子的燃烧热
　　由&燃的定义式可见，炉子的燃料利用系数仅取决于燃料的性质和燃烧条件(空气}肖耗系数)。根据炉子热平衡关系式
　　Q有＋Q失＝Q燃－Qw
　　Qw＝B×Vn×Cw×tw
　　Q燃＝B××QD
　　式中：Qw——废气带走的热量，GJ或kJ
　　B——燃料量，m3／h或m3／kg
　　Cw——燃烧产物的定压热容，kJ／(m3·℃)
　　QD——燃料的低发热值，kJ／m3或kJ／kg
　　上式可写为：
　　如果燃料和空气预热，则有
　　Qa = LnCata
　　Qf=C燃×t燃
　　式中：Ln——预热空气量，m3／h
　　Ca——预热空气t时的比热容，kJ／(m^3·℃)
　　ta——空气预热温度，℃
　　C燃——预热燃料比热容，kJ／(m3·℃)
　　即最终燃料的利用系数可表达为：
QD+Q空－VnCwtwQD
　　式中：Q空——预热助燃空气和燃料带入的物理热，
　　Q空=Qa + Qf
　　Vn——燃烧废气的体积
　　tw——废气的温度，℃
　　Cw——燃烧废气的比热容，kJ／(m3·℃)
　　可见，燃料和空气预热，能够提高燃料利用系数，如果回收利用高温烟气进行空气和高炉煤气预热，则可提高高炉煤气的利用系数，使低热值高炉煤气得到更为广泛的应用。
能源统计知识手册.国家统计局工交司编,2006年8月
余期升.高炉煤气的综合利用与趋向[J].能源研究与管理,2013(2)
张琦,蔡九菊,吴复忠,庞兴露,葛红.高炉煤气在冶金工业的应用研究[J].工业炉,2007(1)
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焦炉锅炉高炉锅炉技术介绍
&&&&&&& 我国是世界钢铁生产的大国，产钢量在1亿多吨，钢铁企业是我国国民经济坚强的支柱，同时也是耗能大户，在冶炼一吨生铁时就会产生3000m3左右的副产品——高炉，这样年产高炉就高达3000亿m3。人们一提起高炉，多少有点畏惧情绪，对它的利用当然重视不够，甚至点“天灯”白白烧掉，据不完全统计，全国主要钢铁企业每年高炉的放散损失在十多亿元人民币。随着技术的不断进步，加之唐钢和其他钢铁企业的宝贵实践，对高炉的燃烧特性认识逐渐透彻，各钢铁企业对高炉的综合利用较为重视，除在冶金工艺的各工段──如热风炉、转炉等中消耗50～60%外，余下的均需要利用锅炉把能源转换利用，尽量减少直接放散。对于各钢铁企业，其规模各有大小，燃烧高炉所需的锅炉也各有大小，有些企业需要中小型纯烧高炉锅炉，有的则需要大型、高温、高压纯烧高炉锅炉，对各种锅炉其设计也不尽相同，但其主要机理相同。
&&&&&&& 1.高炉的特性
&&&&&&& 高炉其组成成分中惰性气体（N2、CO2等）占大部分，且可燃成分主要为CO；因而它的低位发热值极低，一般情况下，其发热值仅为2930KJ/Nm3～3550KJ/Nm3。&&& &&&&&&& 由于高炉中含有大量的惰性气体，可燃成份少，每立方米燃烧时参与燃烧的空气也少，但要产生一定量的热量，所需要的量就要大，每吨蒸汽产生的烟气为燃煤锅炉烟气量的1.7倍；中极少含硫，加上CnHm含量也极少，烟气的露点较高，即使在点火初期也不会结露，无需考虑低温腐蚀等问题。
&&&&&&& 高炉中的可燃成分主要为CO，混合气中的CO浓度及着火环境是决定高炉的着火温度的两要素；实验证实高炉于空气的混合气中高炉的着火浓度为35%～71%，着火温度为530℃～660℃，这种着火条件要求较高，但因其燃烧为气气单相化学反应，只要技术措施组织正确，燃烧效率也能达到满意程度。高炉的特性决定了其理论（绝热）燃烧温度低（理论燃烧温度仅为1250℃～1300℃），这个温度仅为燃煤的理论燃烧温度的60%左右，在运行的物理特性是火焰的中心温度较低、化学反应速度也低。设计时就要考虑给予足够的燃烬时间，同时要解决燃烧火焰不易稳定、易产生脉动现象、易脱火等问题，保证燃烧安全。
&&&&&&& 2 高炉锅炉技术简介
&&&&&&& 高炉锅炉有其燃气锅炉的属性，亦有其燃料热值低的特性。对于高炉锅炉，其设计要点有：
&&&&&&& （1)要组织好与空气的良好混合，使混合气体中高炉达到燃烧环境着火浓度，混合气在环境内的温度升高到着火温度。&&&&&&& （2)高炉燃烧不易回火，且易脱火，在燃烧区域尽量提高其温度场温度，保证火焰稳定和燃烧安全。&&&&&&& （3)合理分配各受热面的吸热比，科学地布置锅炉的结构。&&&&&&& 结合唐钢130t/h（含75t/h）中温、中压、纯烧高炉锅炉对此类技术作简要介绍?
&&&&&&& 2.1合适的热风温度
&&&&&&& 由于的着火温度较高，有关研究表明，当与空气的混合气从室温升高到着火温度所吸的热量占总放出的热量的37%左右，因而提高入口混合气的温度，使混合气的温度及早地升高到着火温度，能使及早地着火。提高混合气的温度有两种方法：一是采用较高的高炉温度；二是采用较高的空气的温度。较高的高炉温度，因其体积量大效果最明显，其加热方式多采用热管换热器，但热管换热器易堵灰（即使灰份很少）、腐蚀后安全性不好、造价较高、检修不方便，考虑到这些因素，一般不用这种方法。采用较高的空气的温度，虽然因其体积量小，效果差一些，温度高也可使混合气达到较高的温度，且这种方法最为方便、安全，造价也低。设计时空气预热器出口空气温度一般定为370℃左右。另外提高了混合气的入炉温度，同时也提高了炉膛的吸热量比，把尾部的热量移至炉膛内，降低了尾部省煤器的吸热量比，降低了省煤器出口的沸腾度，省煤器运行更安全，锅炉有更足的出力。
&&&&&&& 2.2燃烧器强烈的气气混合
&&&&&&& 高炉的燃烧为扩散燃烧。前面已讨论了每立方米完全燃烧所消耗的空气量少，量少的空气要在短时间内穿透量大的，及早地使混合气体达到着火浓度是比较困难的，因而在燃烧器的预混段加强与空气的混合有着现实的意义。在燃烧器的出口设置一旋流度不算大的旋流叶轮，配合空气侧的旋流叶片，使和空气在出口处强烈混合，实践证明在燃烧器出口70mm的距离内就可混合好，同时火焰在后期又有一定强度的刚性，加强了火焰后期的扰动，后期也能混合较好。这种设计先进，使气气及时达到着火浓度，且不易堵灰，即使堵了，其清理也较容易。
&&&&&&& 2.3优越的稳焰器
&&&&&&& 混合气从常温升高到着火温度要吸大量的热，混合气所获得的热量除从热空气来外，主要要来自高温的烟气。由气流从小积面突扩至大积面，在气流的根部会形成一回流区，利用这点，在燃烧器出口设置突扩的内衬的圆筒形稳焰器，它既形成了回流区，又有高温辐射层，起到点火板的作用。这种稳焰器结构简单，但其性能优越。
&&&&&&& 2.4独特的《高炉锅炉炉内蓄热稳燃装置》
&&&&&&& 的燃烧速度随温度的升高而大大升高，在燃烧区域内形成高温，一可大大缩短的燃尽时间，做到在燃烧器区域内使完全燃烧干净，把热量完全放出来，二可使燃烧强烈、火焰刚性好、燃烧稳定、不脱火。为了在燃烧区域稳定一高温区域，设置了独特的专利产品《高炉锅炉炉内蓄热稳燃器》，同时在此区域内水冷壁全部暴露出来；其结构为圆塔形，由高强、高热震稳定性耐热材料组成，设置在燃烧器区域炉膛中心位置，烧烧器布置为四角切圆形式。运行时，该装置的温度一般在1000℃以上；它的存在提高了燃烧器区域的温度场的温度，加快了燃烧速度，使燃烧更完全、更稳定，在较小的区域内放出的热量更多，使温度进一步升高，直到达到热平衡；在高温度场下，水冷壁吸收的热量更多；火焰的假想切圆与稳燃器相切，没燃尽的掠过稳燃器外表面，高温进一步加热了，使之燃烧干净，实践证明设有稳燃器，燃烧效率高达99.5%；另外大切圆燃烧，一是四角火焰的头部可喷至另一火焰的根部，起互相支持促进稳定的作用，二是火焰的高温部位更接近于水冷壁，传热更强烈。
&&&&&&& 2.5科学选择合适的炉型
&&&&&&& 对于中温中压锅炉，蒸发吸热量占总吸热量的58%左右，如保证炉膛出口温度在850℃左右，则炉膛的吸热量占总吸热量的46.4%，如采用单汽包形式，尾部省煤器的出口沸腾率为11.2%，远远低于推荐值20%。且采用炉膛来吸热比采用对流受热面来吸热相比，炉膛吸热要省面积。
&&&&&&& 如果采用双汽包形式，省煤器出口没有沸腾度，但会带来以下问题：①过热器设计在对流管束的前面，如过热器不设计在炉前上部，整个锅炉占地将大25%左右；如过热器设计在炉膛的前上部，则后墙的水冷壁管会有一很小的倾角，加之采用了对流管，汽包内的汽水分离元件简单将影响蒸汽品质和水循环安全；②上下汽包之间为密排的对流管，安装工作量大，对流管与汽包的连接一般采用焊接或胀接，管与管的间距较小且数量多，如采用焊接，则焊接工作量大且不方便；如采用胀接，一般要几次才能达到水压合格，使用寿命短；③检修工作量大且困难，在运行中密排对流管间如发现有问题，检修位置很小，检修困难，一般采用堵管形式来处理；④对于75T/H容量以上锅炉，锅炉如采用双锅筒形式，则整体布置不美观，炉墙较厚（一般在400mm以上）。
&&&&&&& 故设计时，采用单汽包形式，炉型结构科学。
&&&&&&& 科学的炉型、科学的炉膛既可保证炉膛温度、保证的燃烧完全、更有利于缓和火焰脉动的影响，避免在过热器等受热面范围内燃烧、又可使炉膛吸热量较大，保证锅炉有比较足的出力。
&&&&&&& 2.6高温、高压锅炉中省煤器的设计
&&&&&&& 高温、高压、纯烧高炉锅炉的设计与中温中压纯烧高炉锅炉设计不一致，220t/h纯烧高炉锅炉简图&&&&&&& 在中温中压锅炉中，蒸汽不需要进行清洗，省煤器的汽水全部进入锅筒。但对于高温高压锅炉，除要布置沸腾式省煤器外，还要布置部分非沸腾式省煤器，这部分非沸腾给水进入汽包作清洗用水。
&&&&&&& 3 结束语
&&&&&&& （1)高炉是完全可以有效利用的，其技术的成熟程度实践已证明。&&&&&&& （2)预热空气是最安全、最经济的一种强化燃烧的方法。&&&&&&& （3)在燃烧器出口设置稳焰器可使火焰稳定。&&&&&&& （4)纯烧高炉锅炉由于的特性，决定了其着火、稳定燃烧、炉膛蒸发吸热量偏低等特性，在炉膛的下部燃烧区域设置炉内蓄热稳燃器，很好地解决了高炉的着火和稳定燃烧问题，适当增加炉膛受热面、降低炉膛出口温度、保证省煤器出口的沸腾度在安全范围内来提高锅炉的蒸发量。&&&&&&& （5)在高温高压锅炉中省煤器设计成一组非沸腾式省煤器，而另一组设计成沸腾式省煤器，既保证了汽包清洗用水，又弥补了炉膛蒸发吸热的不足。&&&&&&& （6)在较大型纯烧高炉锅炉采用单汽包炉型经济性要好于双汽包炉型。&
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