高炉煤气的燃料特性为首钢提供的煤气资料,其主要可燃成分是CO和含量很少的H2与CH4,其余为惰性气体CO2和N2。CO燃烧反应产生的热值为12636kJ/m3,属低热值气体燃料,而且CO在高炉煤气中的体积百分数仅占总量的2315%;另外,高炉煤气一般采用湿式除尘净化,除尘后的水蒸气含量增大。因此,高炉煤气的低位发热量很低,只有3240kJ/m3。高炉煤气的着火温度约530650,比挥发份30%的烟煤着火温度(约750)低100.但这并不能说明高炉煤气具有良好的着火和稳定的燃烧条件。因为:(1)高炉的大型化使高炉煤气中的可燃物含量减少,着火浓度降低。而高炉煤气的着火浓度下限值较高,约为35%;(2)低热值燃料特性使高炉煤气火焰温度不高,锅炉炉膛温度水平降低,存在的大量惰性气体阻碍可燃成分与空气的充分混合,减缓燃烧化学反应速度和火焰传播速度,导致高炉煤气燃烧时会出现脱火等不稳定状态。因此,选择具有良好着火和稳定燃烧的燃烧设备和炉膛型式是高炉煤气高压锅炉设计的首要问题。
随着锅炉容量的增大,该燃烧器的布置将出现困难,原有的小孔喷射速度使燃气对空气的穿透深度不够,造成混合不良;提高喷射速度则燃气侧阻力增加,需要较高的炉前燃气压力。当高炉运行工况变动时,势必波及锅炉燃烧的稳定性。因此,高参数大容量高炉煤气锅炉应选择燃烧稳定和燃气侧阻力较小的燃烧器。西安交通大学、首都钢铁公司和杭州锅炉厂联合研制开发的我国首台50MW全燃高炉煤气高压锅炉,结合套管式燃烧器和旋流式燃烧器的特点,采用的是双旋流平面火焰燃烧器,如所示。燃气和空气分别流经内、外套管的环行通道,通道内均布置有轴向导流叶片,燃烧器中心留有油枪点火通道。
同时,双旋流混合扩散燃烧方式可以适当缩短火焰长度,增加着火稳定性,因此扩大了负荷调节范围。首钢50MW锅炉单只燃烧器处理高炉煤气量可达15000m3/h,单只热功率达14MW,负荷变化范围为设计功率的25%110%.
高炉煤气高压锅炉受热面的布置50MW高炉煤气高压锅炉受热面的布置。炉膛为缩腰式炉型,前、后墙共布置15个双旋流燃烧器,前墙9个(33),后墙6个(23)。为保证稳定燃烧,炉膛后墙上排还布置有3个油燃烧器(运行中未投用)。过热器系统由屏、高温过热器和低温过热器组成,过热蒸汽流程为炉顶管包墙管低温过热器屏高温过热器。经济器和空气预热器为单级布置,尾部是分离式热管煤气预热器。