張煥平

摘要：“熱臟煤氣”是一種價格低廉的燃料，燃氣鍋爐和其他窯爐通過改造可以使用，現(xiàn)在全球能源供應緊張，成品油料、天燃氣、石油液化氣等清潔燃料價格高昂，在我國能源消耗結構中，煤炭占主要比重情況下，推廣使用“熱臟煤氣”，對企業(yè)降低成本，提高經(jīng)濟效益，改善能源消耗結構尤其重要。

關鍵詞：“熱臟煤氣”；燃氣鍋爐；窯爐；改造；應用

中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：16723198（2015）26029102

我國是一個產(chǎn)煤大國，有豐富的儲量，給燃煤鍋爐和其他利用煤作為燃料的窯爐設計制造和使用提供了廣闊的市場，由于燃煤鍋爐和窯爐效率較低（約60%-80%），污染重（粉塵及林格曼黑度），受國家節(jié)能減排和較大城市環(huán)保政策的影響和約束，20t/h以下燃煤鍋爐和大部分直接利用煤作為燃料的窯爐逐步進入淘汰之列。隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，以高效、清潔、污染少為主要特征的燃氣鍋爐和新型燒成窯爐逐步進入廣大用戶的選擇視野，但目前全球能源供應緊張，天燃氣、石油液化氣等燃料價格高昂，燃氣鍋爐和窯爐運行成本居高不下，給用戶帶來沉重的經(jīng)濟負擔，限制了燃氣鍋爐和窯爐的廣泛使用，選擇一種或幾種優(yōu)質價廉，符合國家和較大城市的環(huán)保政策的燃料及適應幾種燃料的燃氣鍋爐和各種新型燒成窯爐成為我國當前廣大用戶的迫切需要。山東耐火材料集團有限公司所屬子公司通過建設熱煤氣站，改造燃氣鍋爐和相關窯爐，利用“熱臟煤氣”，較好解決了燒成設備運行成本高，污染嚴重的問題，粉塵及林格曼黑度符合環(huán)保標準和要求，滿足了生產(chǎn)需要和產(chǎn)品質量的標準要求，經(jīng)濟效益顯著。下面以山東耐材集團中齊有限公司改造的燃氣鍋爐和窯爐為例介紹“熱臟煤氣”的應用。

1“熱臟煤氣”簡介

（1）發(fā)生爐煤氣：以煤或焦炭為氣化原料，空氣和水蒸汽為氣化劑，利用煤氣發(fā)生爐制造的煤氣稱為發(fā)生爐煤氣，為充分利用我國煤炭資源和符合環(huán)保要求，大部分企業(yè)用戶采用無煙塊煤作為氣化原料，少量用戶采用煙煤作為氣化原料。其中，我國陽泉無煙塊煤質量較高。如表1。

表1陽泉無煙塊煤的質量要求

低位發(fā)熱值：kcal/kg6280揮發(fā)份：%8.00灰燃點：℃1150碳：%67.70氫：%3.10氧：%4.70氮：%1.0硫：%<0.7%（青島市環(huán)保局要求硫低于0.7%）灰份：%16.80工作水份：%6.0發(fā)生爐煤氣的技術指標如下：熱值：5000 kJ/Nm3左右。

表2發(fā)生爐煤氣的成分

成份CO2H2SCmHnO2COH2CH4N2Q%5.860.324.1614.621.2553.615110采用TG-3MI煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣出口溫度550℃，出口壓力1.47～2.45kPa，因不完全燃燒，輸出的煤氣含有較多的灰塵和煤粉，低溫時含有少量的煤焦油析出，因此發(fā)生爐煤氣又被俗稱為“熱臟煤氣”，發(fā)生爐煤氣易爆、易燃、有毒，屬于低熱值氣。

（2）高爐煤氣：高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為：CO，CO2，N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2，N2的含量分別占15%，55%，熱值僅為3500kJ/m3。屬于低熱值氣的“熱臟煤氣”。高爐煤氣因為熱值低，可以和焦爐煤氣混合使用。

（3）發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣在我國冶金、化工、陶瓷、建材等行業(yè)有廣泛的應用，高爐煤氣在我國鋼鐵企業(yè)等應用尤其廣泛。

通過調查國內外有關生產(chǎn)鍋爐和燃燒器廠家和使用客戶并通過網(wǎng)上檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內外很少存在直接用“熱臟煤氣”供燃氣鍋爐和其他新型燒成窯爐燃燒的用戶和實例。

2鍋爐和其他燒成窯爐簡介

（1）鍋爐：按鍋爐的本體結構分為火管鍋爐和水管鍋爐?；鸸苠仩t分為立式鍋爐和臥式鍋爐。立式鍋爐分為立式橫水管鍋爐、立式橫火管鍋爐、立式雙回程火管鍋爐、立式垂水管鍋爐。臥式鍋爐分為：臥式單爐膽（雙爐膽）鍋爐、臥式內燃三回程鍋爐、臥式內燃四回程鍋爐、臥式外燃回火管鍋爐。水管鍋爐分為橫水管鍋爐和豎水管鍋爐。橫水管鍋爐分為：立式橫直水管鍋爐和分聯(lián)箱直水鍋爐。豎水管鍋爐分為：雙鍋筒縱置式D形彎水管鍋爐、雙鍋爐橫置式鍋爐、三鍋筒彎水管鍋爐、單鍋爐人字形水管鍋爐。按鍋爐的燃燒料種類分為：燃煤鍋爐（包括煤塊、煤粉、燃煤水漿）、燃油鍋爐和燃氣鍋爐。其中燃氣鍋爐的燃料主要為天然氣、石油液化氣、沼氣、焦爐煤氣、冷卻凈化后的人工煤氣等。

（2）其他燒成窯爐：按照燒成原理和結構特征，一般有下列幾種結構型式：回轉窯，豎窯，隧道窯，梭式窯，沸騰爐，懸浮爐等，燃料主要采用燃油，天然氣，煤氣等

3利用“熱臟煤氣”采取的措施

針對發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣“熱臟煤氣”的特點，為了符合和保證燃氣鍋爐和窯爐正常運行，真正做到成本低廉，安全可靠，結合具體生產(chǎn)工藝特點，在冶金、化工、陶瓷、建材等行業(yè)，能夠滿足產(chǎn)品燒成內在質量和外表質量基本前提下，部分替代價格昂貴的清潔能源例如各種成品燃油，天然氣等。

采取的改造措施如下：

（1）煤氣發(fā)生爐和高爐生產(chǎn)的熱煤氣預先利用管道、除塵斗、旋風除塵器等進行物理性除塵。

（2）縮短煤氣供應管道的距離，使鍋爐房盡量靠近煤氣站或高爐煤氣管道，保證壓力和溫度。

（3）通過試驗改造了一臺4t/h立式水管鍋爐（煙氣與水汽管垂直沖刷），由于水管易掛灰塵造成阻塞，幾乎不能使用，顯然常規(guī)結構的鍋爐不能適應“熱臟煤氣”的特點，根據(jù)試驗的結果，廣泛咨詢和征求了鍋爐制造廠家意見，反復查閱資料，重點研究了臥式內燃三回程燃氣鍋爐特征結構，由于該種爐型煙氣與火管同向順行，煙氣室與火管掛灰較輕，選用臥式內燃三回程燃氣鍋爐WNS8-1.25-Q，并將原有鍋爐前后煙氣室蓋由固定式改為活動式，下部設有排塵口，有利于打開煙塵蓋進行定期清理（根據(jù)運行記錄、觀測和積塵情況而定），后煙氣室設計增加了防爆裝置，為了不影響鍋爐熱效率，其保溫結構和密封均做了特殊設計和改造，為了適應這種變化，改造了煤氣進入和煙氣排出系統(tǒng)，對照鍋爐設計規(guī)范和有關標準，與原來的鍋爐結構明顯不同，考慮到鍋爐是一種壓力容器和特種設備，對該型號的燃氣鍋爐來說，這屬于重大改進。

（4）改進和研制了專用燃氣鍋爐燒嘴，試驗表明，這種煤氣燒嘴必須與所選鍋爐結構特征匹配和適應：臥式內燃三回程燃氣鍋爐主要有波形爐膽和火管、前后煙室等組成，波形爐膽長度較長（超過4米），發(fā)生爐煤氣壓力低，利用已有煤氣燒嘴，火焰短，固定在鍋爐前端或部分伸入爐內，長度較短，顯然不能滿足臥式內燃三回程燃氣鍋爐具有波形爐膽燃燒的特征，因此必須研制一種符合上述鍋爐結構特征的專用燒嘴，結構和功能特點如下：爐外部分與其它煤氣燒嘴基本相同，爐內部分較長（大于1米），與其它已有燒嘴明顯不同，經(jīng)過幾次試驗和改進，其長度與直徑（長細比：l/d），波形爐膽長度與直徑（L/D），根據(jù)火焰燃燒特點、燃料種類、流量、壓力、溫度等，需在合理取值范圍內，嘴頭設有導流片，但為了不阻灰作了適當簡化，這是燃氣鍋爐正常運行和達到額定熱效率的關鍵；為了適應爐膛內部的高溫環(huán)境和氣流組織，燒嘴的材質選用耐熱不銹鋼；為了保證和平衡爐內高溫煙氣的壓力、流速、在爐中停留的時間及氣流組織的均勻性，選擇了相適應的鼓引風機；煙氣的余熱用來加熱空氣，提高了鍋爐的整體熱效率。

（5）根據(jù)“熱臟煤氣”的熱值，輸送壓力等數(shù)據(jù)，結合產(chǎn)品燒成曲線，改造了隧道窯的燃燒系統(tǒng)：配風系統(tǒng)，燒嘴和閥門，燃燒室等。與原來利用成品油和天然氣相比，達到了相同的效果。

（6）編制了一套行之有效的操作規(guī)程和管理制度。

4改造后的效果

4.1技術指標與運行驗證

與現(xiàn)有技術相比，燃氣鍋爐和熱工窯爐完全能夠適應“熱臟煤氣”的特點，運行和測試表明，完全能夠達到燃氣鍋爐和隧道窯選用正常已有燃料的有關數(shù)據(jù)和技術經(jīng)濟指標：包括壓力、溫度、額定出汽量、熱效率、運行費用等。運行驗證：從2000年運行至今正常，完全滿足生產(chǎn)和生活需要。

4.2經(jīng)濟效益

按目前國內天然氣價格：青島地區(qū)含稅價2.4～26元/Nm3，熱值8500～9500kcal/Nm3，我公司目前生產(chǎn)的發(fā)生爐煤氣含稅價0.3元/Nm3，熱值1250Kcal/Nm3，兩者比較天然氣熱值是發(fā)生爐煤氣6～8倍，天然氣價格是發(fā)生爐煤氣10～12倍，以燃氣鍋爐WNS8-1.25-Q消耗發(fā)生爐煤氣1200Nm3/h為例，每年消耗煤氣：1200×24×365=10512000Nm3，根據(jù)熱量相等折算，每年消耗天然氣：10512000×1250/8500=1545882Nm3每年節(jié)省費用：1545882×2.6-10512000×0.3=865693.2元?？紤]到隧道窯同時使用了發(fā)生爐煤氣，每年節(jié)省費用120萬元以上。

同樣高爐煤氣在鋼鐵企業(yè)價格更便宜，使用更方便，經(jīng)濟效益也就更顯著。

4.3社會效益

現(xiàn)在全球能源供應緊張，價格居高不下，國家大力提倡節(jié)能減排，企業(yè)競爭日益激烈，降低成本，適應我國經(jīng)濟和社會實際需要，燃氣鍋爐和其他窯爐應用數(shù)量巨大，由于長時間成功應用“熱臟煤氣”和對相應的燃氣鍋爐進行重新設計和改造，相應的燃氣鍋爐改造項目，2015年獲得熱臟煤氣燃氣鍋爐項目發(fā)明專利，因此該實例具有重要推廣價值。

參考文獻

[1]鄧淵.煤氣規(guī)劃設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[2]嚴銘卿.燃氣工程設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]哈爾濱工業(yè)大學熱能工程教研室.小型鍋爐設計與改裝[M].北京：科學出版社，1987.

[4]李紅霞.耐火材料手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[5]王秉銓.工業(yè)爐設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996，（8）.