[科普中国]-煤气燃烧器

高炉煤气燃烧器的开发与应用简介

目前，在国内钢铁企业的焦化厂中管式炉大多使用焦炉煤气作为热源，每年要消耗大量的焦炉煤气，而在钢铁企业炼铁高炉中产生的大量低热值高炉煤气，由于着火温度高、着火浓度范围窄、燃烧稳定性差、容易熄火等原因，应用范围受限，除一部分用于加热炉外，剩余部分没有利用。在全民环保意识增强和国家节能减排的产业政策要求下，节约高热值、经济价值高的焦炉煤气，充分利用低热值的高炉煤气，已成为各钢铁企业焦化厂亟待解决的一个课题。管式炉用高炉煤气燃烧器利用高炉煤气作为焦化厂管式加热炉的热源，扩大了高炉煤气应用范围，降低了能源消耗，可广泛用于钢铁企业的焦化厂，具有很好的推广价值。1

开发要点管式炉要采用高炉煤气替代焦炉煤气，必须要有安全、高效的燃烧器。通过对高炉煤气燃烧特性数据的分析，得出以下结论：高炉煤气最大的缺点是燃烧稳定性差，易熄火。因此，在研制高炉煤气燃烧器的过程中，如何确保安全、有效地使用高炉煤气，是关键所在。

一氧化碳是高炉煤气中的主要可燃成分，占可燃成分90%以上。它是一种无色、无味的有毒气体，属于高度危害。由于高炉煤气着火温度比焦炉煤气高，着火浓度范围窄，一旦出现压力波动使燃烧器脱火，造成炉内熄火，煤气外泄，就会酿成重大安全事故。因此，防止熄火是本项技术的关键。通过对高炉煤气燃烧特性的分析，要防止燃烧器熄火必须满足高炉煤气燃烧的必要条件如下：1）空气与煤气的相对浓度要合适，在可燃区间内。2）控制燃烧器出口的煤气平均速度在可燃区间内。3）预热煤气，使煤气温度靠近着火温度，容易着火。4）在燃烧器出口设值班火炬（长明灯）作为点火源。

为确保燃烧器不熄火，在燃烧器中央增设1个辐射管式值班火炬，高炉煤气燃烧器简图见图。

高炉煤气燃烧器为三重圆筒，最外层是空气通道，中间层为主高炉煤气通道，中央是辐射管式值班火炬。高炉煤气燃烧器由燃烧室、辐射管及值班火炬组成一个独立体系以防止外界条件变化影响燃烧。燃烧室设引射式喷嘴，利用煤气余压引射空气混合后燃烧。为了稳定燃烧，此处采用燃烧特性好的燃料（焦炉煤气等），燃烧火焰经辐射管可以加热管外的主高炉煤气，辐射管头部是值班火炬，位于燃烧器主煤气出口上方，并设有多个侧向喷火孔。外层的空气和煤气在燃烧器出口处混合后，被最内层的值班火炬喷出火焰点燃。1

技术方案与特点由于焦炉煤气与高炉煤气的燃烧特性不同，必须对采用高炉煤气的管式炉重新进行技术参数核算。一般焦化 厂管式炉辐射室顶部温度为600～650℃，辐射室炉墙温度约800℃。从以上数据可以看出，按热值折算， 5.4m3高炉煤气相当于1m3焦炉煤气。热值相同的焦炉煤气与高炉煤气的理论空气量与理论烟气量相差不大，燃料替换后管式炉结构尺寸可以不变。为验证辐射管式值班火炬装置，制作了火炬装置并进行了燃烧试验，燃料为液化石油气。辐射管加热后呈暗红色，顶部喷出火焰长度约200～400mm。试验证明了方案可行。在辐射管式值班火炬试验成功的基础上，设计出能力为1MW的管式炉用高炉煤气燃烧器。

以下为418万kJ/h高炉煤气燃烧器技术数据：高炉煤气燃烧器每台供热量：QB=418万kJ/h；高炉煤气压力：4kPa；高炉煤气发热量：qB=3344kJ/m3；高炉煤气量： VB=1 250m3/h；高炉煤气比热： CB=1.8346kJ/(m3·℃)；辐射管用焦炉煤气量： VC=10m3/h；焦炉煤气压力： 4kPa；焦炉煤气发热量： qC=17556kJ/m3；焦炉煤气燃烧发热量：QC=175560kJ/h。

研制高炉煤气燃烧器结构时充分考虑了焦化厂的操作习惯，采用与兖州工程中引进的燃烧酸汽的克劳斯炉烧嘴相近的结构，煤气和空气均不用另设加压机，操作简单方便。因该燃烧器的燃料要比酸汽的燃烧性能好，可以稳定燃烧。高炉煤气燃烧器的辐射管内焦炉煤气用量仅占总热量的4.2%左右，主要热量来自高炉煤气。国内燃烧器的定型产品均采用风机加压一种气体以引射另一种气体的方案。该装置采用带辐射管的值班火炬，辐射管提高燃气温度后，可以扩大可燃极限，值班燃气采用掺混少量焦炉煤气的高炉煤气，替代效果更好。1

高炉煤气燃烧器堵塞原因分析与处理高炉煤气燃烧器堵塞的原因分析及解决思路车间组织对燃烧器堵塞原因进行深入分析，经分析主要原因如下：

（1）杂质主要来源于高炉煤气，与高炉煤气一起输送至锅炉燃烧器区域。

（2）高炉煤气在经过旋流叶片时，气流产生旋转并产生沿管道径向的速度，气流撞击旋流叶片，部分杂质粘附在旋流叶片上。

（3） 高炉煤气燃烧器旋流叶片设计不合理，未充分考虑燃料杂质的影响。高炉煤气在经过旋流叶片时节流明显，且叶片数量多、叶片间通道太小，加剧了杂质的积聚。

（4）旋流叶片不耐腐蚀，而高炉煤气有酸性腐蚀性，旋流叶片腐蚀后产生凹坑，加剧了杂质的粘附积聚。

（5）旋流叶片靠近炉膛，杂质被高温烧结。

（6）高炉煤气压力偏低，有杂质积聚时不易靠煤气自身动能吹除，高炉煤气压力越低越容易积聚杂质。2

减少高炉煤气燃烧器堵塞的解决思路针对导致高炉煤气燃烧器堵塞的原因，我们总结出了以下解决思路：

（1） 减少燃烧器的堵塞须减少进入锅炉燃烧器处的高炉煤气的含杂质量。

（2） 减少燃烧器的堵塞可以考虑对燃烧器旋流叶片进行改造，在不影响煤气与风的混合效果的前提下，减少其对杂质积聚的影响。

（3）制作燃烧器的板材应采用耐热耐腐蚀材质。

（4）投用锅炉高炉煤气燃烧器时一层一层投烧，防止多层燃烧器微量投烧，调节阀门节流导致煤气流速低加剧杂质积聚。

（5） 煤气自身动力不足以吹除的积聚在旋流叶片的杂质，可以考虑使用外接较强的动力源将积聚的杂质吹除。2

减少高炉煤气燃烧器堵塞的措施实施针对高炉煤气燃烧器堵塞的原因分析和解决思路，我们主要实施了如下措施：

（1）要改善煤气质量、减少煤气含杂质量必须增加或改进煤气的除尘净化设施, 但这必须要有较大的资金投入。我们只需要减少到锅炉燃烧器处的杂质，因此我们考虑在煤气总管道的垂直管段的下端改用粗管道，利用离心力、重力作用使杂质沉淀至管道底部，停炉时对杂质进行清理。

（2）对旋流叶片进行改造，将旋流叶片轮由原先的一组改为串联的两组，每只旋流叶轮上的叶片数由原先的 18只减少为9只，两只叶轮的叶片插空安装，间距间隔20cm。（3） 利用锅炉定修时机，用耐高温的不锈钢0Gr18Ni9 制作新燃烧器。其耐氧化温度达到850℃，耐腐蚀性能也较强，防止了因燃烧器旋流叶片腐蚀出现凹坑对杂质粘附的加剧作用。

（4） 在高炉煤气燃烧器旋流叶片处增设蒸汽吹扫装置，吹扫蒸汽从锅炉过热器集汽集箱引出，引至炉膛上层后分至炉膛四角，每只旋流叶片对应一个吹扫装置，吹扫装置由蒸汽管道、电动阀门、蒸汽喷口组成，蒸汽从吹扫口高速吹出，利用高温热能与高压动能“先烘烤软化，后吹扫”，吹除积存的杂质。每半月吹扫一次，吹扫时采取先疏水暖管、逐只喷燃器逐层清扫的措施，先退出该只燃烧器烧嘴再进行清投。

（5）运行调整时，投用锅炉高炉煤气燃烧器一层一层投烧，防止多层燃烧器投运，阀门开度过小节流导致改造煤气流速低加剧杂质积聚。2