高炉煤气补燃装置在烧结余热发电中的应用

陶志军

摘要：钢铁行业作为国家工业发展的支撑，国民经济发展的基础，具有高能耗、高污染的特性，是国家重点实施节能减排措施的对象。本文分析补燃技术的基本原理以及智能控制和低氮燃烧的技术特点，分析了烧结余热发电系统的特点，说明了补燃技术的必要性。

关键词：烧结余热锅炉；高炉煤气

一、烧结余热补燃技术现状

为了解决纯低温余热发电系统中的弊端，即烟气温度的不可控制性，目前国内学者提出一套可以调节烟温的补燃系统。根据补燃炉设置的位置可以分为烟道内直燃补燃和烟道外补燃。烟道外补燃是在余热锅炉前设置补燃锅炉，将余热锅炉内的饱和水或饱和水蒸气送入补燃锅炉与高炉煤气的燃烧产生的高温烟气进行换热，饱和水蒸气被加热至设计温度后送入汽轮机发电，保障汽轮机安全稳定的运行。同时换热后的热烟气进入烟道与烧结烟气混合进入余热锅炉，从而提高烟气品质和余热锅炉的效率。烟道外补燃装置相当于设立了一个锅炉对低温饱和水进行二次加热，并提供高温烟气改善烟道内的烟气品质，可以有效地解决烧结烟气参数波动的不稳定性对整个烧结余热发电系统带来的弊端，但是这种锅炉的效率较低，并且依赖于余热锅炉产生的蒸汽量，而且整个烧结余热发电系统仍然是中低温的余热发电系统，效率较低。

二、补燃技术对烧结余热发电的影响

解决纯低温余热发电烟气温度的不可控性的一种方案就是设计一套烟温调节系统，而烟气补燃则是一种技术相对成熟，控制简单的方案。目前，国内有4种烧结余热发电补燃系统。

1.烧结余热发电补燃系统。（1）补燃锅炉：在余热锅炉前设补燃锅炉，一般将烧结余热锅炉产生的饱和水或饱和蒸汽引入燃煤锅炉，直接将饱和水或饱和蒸汽加热至设计参数。该方案优点在于其产生的蒸汽温度比较稳定，参数较高。（2）蓄热式补燃锅炉：采用钢铁企业炼钢过程中的副产品高炉煤气直接加热从烧结余热锅炉产生的饱和蒸汽，将饱和蒸汽加热至450℃，2．2 MPa。加热炉采用切换式蓄热补燃锅炉，通过调节煤气量和减少温水量使进入汽轮机的蒸汽温度平稳，整体热效率高。（3）烟道内直燃补燃锅炉：某些学者提出了一种可以应用高炉煤气进行补燃的烧结余热发电方案。该方案直接在烧结余热锅炉进口烟道内布置燃烧器喷嘴和点火装置，高炉煤气利用烟道内部的高温热风进行燃烧后放热，从而提高烟气温度。该方案直接加热烟气，可维持总烟气量和烟气温度都在设计值范围内，机组运行稳定，机组热效率可维持在设计范围内。（4）烟道外直燃补燃锅炉：某烧结余热发电项目采用了在烟道外设置补燃燃烧器，直接加热空气，并将加热的空气混入余热锅炉烟道内，高温热空气和中温热空气在烟道内剧烈混合后，进入汽轮机发电。此方案直接加热空气，可维持总烟气量和烟气温度都在设计值范围内，机组运行稳定，系统简单，机组热效率可维持在设计范围内，并且可保证燃烧过程的稳定性，燃烧器不易熄火，燃烧过程安全、效率高。

2．现有补燃系统存在的问题。（1）补燃锅炉：其容量一般较小，均为小型锅炉，热效率相对较低，由于较依赖余热锅炉产生的饱和水或饱和蒸汽量，从而使补燃锅炉的热负荷变化较大，锅炉热效率较常规锅炉低，易结焦。更因经济利益的驱动，企业往往将补燃锅炉等同于燃煤锅炉来使用，导致燃料利用效率低，产生二次污染，严重违反了节能减排的初衷，所以这种方法在国内已经被禁止使用。（2）蓄热式补燃锅炉：跟补燃锅炉方案类似，较依赖余热锅炉产生的饱和蒸汽量，锅炉产气量随环冷机烟气量的波动而波动，难以保证汽轮机的热效率在设计值长时间运行。且此方案较依赖钢厂的高炉煤气，一旦钢厂停止供应高炉煤气，发电机组就无法运行。蓄热式燃烧器容易产生堵塞、结焦、断火、不燃、爆鸣、爆燃和燃烧及压力场的波动等问题，增加了安全隐患。（3）烟道内直燃补燃锅炉：环冷机补燃系统虽然因无风机等供风设备而比较简单经济，但因余热锅炉所需要补燃的高炉煤气一般较少，在烟道内直接设置的燃烧装置，其煤气火焰将会被大量的烟气和较高的烟气流速熄灭，因此，带来操控难度和安全的问题。

三、案例分析

针对烧结余热发电系统出现的问题，某能源环保科技有限公司技术人员提出了动态补燃技术。

1.补燃技术的必要性。众所周知，目前我国烧结余热发电运行存在大大小小多种问题，归纳如下。(1)烟气温度低在实际运行中，由于漏风、热量损失，导致高、中温段烟气温度无法达到设计值就进入余热锅炉，其温度往往低于设计值30～50℃。降低了锅炉出力，减少了汽轮发电机组的发电量，延长了余热发电机组的投资回收期;并且导致主蒸汽的过热度降低，汽轮机末级蒸汽湿度过大，严重时还有可能产生水击现象。(2)锅炉启停频繁。在实际生产中，烧结工况变化较大，设备运行时常常出现不稳定，甚至发生要短期停机的情况，这种状况下导致进余热锅炉的烟气温度波动很大，为了保护汽轮机，有时不得不解列余热锅炉。当生产稳定时，又要启炉，如此启停不但浪费大量余热、电力、除盐水等资源，而且影响锅炉的使用寿命。

2.动态补燃技术原理。纳采用外置式烟道补燃装置，与余热锅炉的母烟道相连，利用现场提供的燃气燃料，经博纳自主研发的低氮燃烧器进入补燃装置的焚烧室焚烧，产生高温烟气送到锅炉母烟道，与烧结余热烟气进行混合后，一并进入余热锅炉。该装置完全独立运行，根据余热锅炉运行状况，动态调节燃料量，可调范围为余热锅炉出力的0～100%。当烧结生产线发生状况临时短暂停车，没有余热资源进锅炉，为了保证锅炉不被解列，补燃装置调节负荷(锅炉出力的30%)保证锅炉正常运行;当余热锅炉不能达到额定出力运行时，补燃装置根据进锅炉余热资源，调节燃料量使余热锅炉额定输出，保证汽轮发电机组达到设计发电量。

3.动态补燃技术特点。（1）智能控制。该系统的控制系统采用南京博纳自主研发的NBM S燃烧控制系统，实现补燃系统的动态稳定，对烧结余热烟气的供给范围要求低，可以实现0～100%的动态调整。并且该系统具有占地面积小、系

统简洁可靠、投资低、检修维护方便等特点。（2）低氮燃烧技术。该系统采用了南京博纳自主研发的低NOx燃烧器。多喷嘴式错列布置，采用双层配风口，内层采用旋流装置，外层采用直流配风，且该燃烧系统配备了低氮燃烧功能，实现方式如下。燃烧器采用分级配风，火焰区域产生还原性气氛，抑制氮氧化物生成。燃烧器内层配风采用旋流式，加强燃料与空气的预混，增加温度分布均匀度，消除局部高温区域，降低热力型NOx生成。旋流配风产生的涡流状混合气体在加热炉中心部分形成低压，使部分烟气被抽回，降低燃烧中心的含氧量，有效抑制NOx生成。燃烧器采用多喷嘴式，降低每个火孔燃烧负荷，细股燃气射流自吸空气，加强预混效果，增加温度分布均匀度，消除局部高温区域，降低热力型NOx生成。

综上所述，在烧结余热发电系统中增加高炉煤气燃烧器，通过补燃少量高炉煤气来提高烟气品质能稳定发电参数，能起到很好的节能及安全效果。烧结余热发电循环燃烧补燃系统可减少烧结环冷机烟气参数波动对汽轮机的冲击，春冬季节也能正常运行，提高了烧结余热的利用率。

参考文献:

［1］张宏兵．补燃技术在烧结余热发电中的应用［J］．河北冶金，2018(9):66－68．

［2］杨冠中．高炉煤气补燃装置在烧结余热发电中的应用［J］．矿业工程，2018，12(1):53－56