一台220t/h高温高压高炉煤气锅炉的热工试验(2)

2.高炉煤气燃烧机理及锅炉结构简介
高炉煤气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。
高炉煤气燃烧的化学反应方程式为：
2CO+O₂=2CO₂
高炉煤气中的可燃成分主要为CO，混合气中的CO浓度及着火环境，这点决定了高炉煤气的着火温度，纯CO在650℃左右才会着火，实验证实高炉煤气的着火温度为530℃～660℃（煤气越好，着火温度越低），但其最高着火温度仍比煤的要低；煤气与空气混合良好，使混合气体及早达到着火条件，才能保证高炉煤气完全燃烧。
高炉煤气的热值低，其理论燃烧温度低（热风温度为380℃、高炉煤气的低位发热值为3140KJ/Nm³，其理论燃烧温度仅为1295℃），仅为燃煤时的60%左右。在运行中，具体体现为火焰的中心温度较低，煤气与空气的燃烧速度就低，相应的煤气燃尽的时间就要长（假如燃烧的气体条件也满足），且火焰不稳定，易脱火，但其燃烧时为气气单相化学反应，只要混合良好、着火条件合适，其燃烧很快。
JG-220/9.8-Q型燃高炉煤气高温高压锅炉为单锅筒，自然循环，集中下降管，倒U型布置的纯烧高炉煤气锅炉，按室外布置。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁,炉膛出口处布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器。炉顶、水平烟道转向室和尾部包墙均采用膜式管包敷。尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和空气预热器。
锅炉构架采用全钢结构，设有主、付钢柱，按7度地震裂度设计。炉膛、过热器和上级省煤器全悬吊在顶板梁上。尾部空气预热器和下级省煤器支承在后部柱和梁上。
燃烧器采用旋流式高炉煤气燃烧器，正四角切布置，在炉膛下部采用了强化传热传质的《高炉煤气锅炉炉内蓄热稳燃装置》专利技术，与正四角布置的旋流式煤气燃烧器相配合，保证了高炉煤气的着火、充分燃烧与燃烬；提高了炉膛膜式水冷壁的利用率和吸热量，省煤器可不沸腾，简化省煤器的布置，方便了运行，确保锅炉达到设计参数。
3.热工试验
3.1热工试验用煤气
试验用煤气成份如表1
表1 高炉煤气成份

序号	项目	符号	单位	数值
1	二氧化碳	CO2	%	16.72
2	一氧化碳	CO	%	21.74
3	氮	N2	%	58.47
4	氢	H2	%	0.82
5	氧	O2	%	1.7
6	甲烷	CH4	%	0.55
7	低位发热量	Qdw	KJ/Nm3	3031

3.2测试项目和方法
锅炉热工性能试验按照GBl0184—88《电站锅炉性能试验规程》进行，采用间接测量法测量锅炉热效率；环保性能试验按照GB／T16157．96《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》进行，测量项目如下：
    1．锅炉蒸发量
    2．锅炉热效率
    3．过热蒸汽压力
    4．过热蒸汽温度
    5．过热蒸汽品质
    6．锅炉环保排放性
试验前按标准规定布置了测点，测试所用仪器仪表见下表，试验所用仪器仪表均按国家有关检定规程检定合格。各测试项目所用仪器仪表见表2。
表2 测试项目所用仪器仪表

序号	测量项目	测点位置	测试仪器	记录和测试方法
1	给水流量	主给水管道	孔扳、差压变送器	每15分钟记录一次
2	给水压力	主给水管道	压力变送器	每15分钟记录一次
3	给水温度	主给水管道	标准热电偶	每1 5分钟记录一次
4	主蒸汽流量	主蒸汽管道	孔板、差压变送器	每15分钟记录一次
5	主蒸汽压力	锅炉侧主蒸汽管道	压力变送器	每15分钟记录一次
6	主蒸汽温度	锅炉侧主蒸汽管道	标准热电偶	每15分钟记录一次
7	进风温度	一次风机进风口	热电阻、数显表	每15分钟记录一次
8	排烟温度	煤气预热器后	热电阻、数显表	每15分钟记录一次
9	烟气分析	煤气预热器后	Testo烟气分析仪	每15分钟记录一次
10	高炉煤气取样	燃烧器入口处		按照标准执行

3.3辅助性试验和正式试验
在正式试验开始前，进行了预备性试验，并且对排烟温度场和氧量场按照网格法进行了测量，获取试验代表点。
正式试验中，额定负荷下的锅炉热工性能、环保性能测试同时进行。额定负荷工况下共进行两次试验，每次试验持续时间2小时。
3.3.1辅助性试验
1)在额定负荷下，在空气预热器出口烟道截面上，按照截面多点网格法，抽取烟气，分析其含氧量，以获得截面氧量分布场，求得氧量代表点，以该点氧量代表点作为烟气取样分析点。
2)在额定负荷下，在空气预热器出口烟道截面上，按照截面多点网格法，测定烟气温度，以获得截面烟气温度场，求得烟气温度代表点，以该点作为烟气温度测定点。
3.3.2正式试验
锅炉运行人员按照试验要求，将锅炉负荷调至试验工况。在稳定运行1小时，并且经参与试验的各方认可后，正式试验开始，进行数据记录和样品的采集。
4.试验结果
经机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心进行的热工试验测定：锅炉额定负荷下的锅炉热效率达到90.25%，高于设计保证值；SO2、NOx和烟尘排放低于GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》；锅炉最大连续蒸发量可达到231.8t/h，最低稳定燃烧负荷为105.5t/h。
5.结论
通过对JG-220/9.8-Q型燃高炉煤气高温高压锅炉的热工试验表明，该锅炉额定负荷下的锅炉热效率高达90.25%；锅炉负荷调节性能好，超负荷能力强；锅炉排放低于环保标准；锅炉结构新颖，技术先进，受热面布置合理，是一种值得推广的综合经济效益、社会效益、环保效益好的新型节能环保型电站锅炉产品。
 
参考文献：
[1]冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌。锅炉原理及计算（第三版）[M]。北京：科学出版社，2003。
[2]赵钦新，惠世恩。燃油燃气锅炉 [M]。西安：西安交通大学出版社，2000。
[3]机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心 锅炉试验报告 [R]。上海：机械工业锅炉及环保产品质量监督检测中心，2007。