焦炉煤气在电厂200MW燃煤发电机组锅炉中掺烧发电的应用

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　　摘要根据焦炉煤气在电厂锅炉中掺烧发电的实践, 分析了焦炉煤气与煤掺烧的必要条件以及相应煤气掺烧方面的技术, 并介绍了煤气掺烧的安全防爆装置以及焦炉煤气在电厂锅炉中掺烧发电的经济与社会效益
　　关键词焦炉煤气掺烧发电节能降耗环保
　　 贵州黔桂天能焦化有限责任公司（以下简称“天能公司”）现有年设计生产能力为35万t的焦炉两台, 根据炼焦煤质的不同，每吨原煤转化为焦炭时可以产生300～400立方米、热值当量1,500～4,500大卡/立方米的焦炉煤气，天能公司每年在炼焦中产生剩余煤气1.05～1.4亿m3的焦炉煤气，粗略估算折合约0.44～0.66亿立方米的天然气，年相当于5.25～7万吨标准煤。
　　 天能公司于2005年建成投产后, 炼焦产生的剩余煤气基本上都是经放散装置对空燃烧排放, 这些煤气中含有大量的硫化物等有害物质, 既污染环境又浪费能源。贵州黔桂发电有限责任公司为5台200MW燃煤发电机组，且焦化、发电两分厂相距900m左右，这对煤气的合理利用提供了有利的条件。因此, 研究决定如何利用焦炉煤气在电厂锅炉中掺烧发电具有非常重要的现实意义。
　　1煤气与煤掺烧的必要条件
　　 要保证煤气与煤在电厂锅炉中掺烧良好,必须有适宜的条件:
　　 ①温度适当, 至少要高于煤气的着火点温度(600～ 650℃) ;
　　 ②供给一定量的空气;
　　 ③煤气在炉内的停留时间适当。
　　 焦炉煤气的主要成分是氢气和甲烷, 具有较高热值(16.7MJ/N m3)。根据焦炉煤气的性质, 同时考虑到锅炉内的高温( 850～1050℃) , 煤气送入炉膛内不存在脱火问题, 因此煤气以长焰的扩散火焰方式燃烧。只要调节好一、二次进风, 使之与煤气充分混合, 并形成火焰旋涡, 保持较长的停留时间, 就能保证煤气充分燃烧。
　　2煤气掺烧的关键技术
　　2.1煤气压力
　　 天能公司焦炉煤气鼓风机的出口压力为3.5kPa, 在中途不加压的情况下, 应保证煤气到达发电机组燃烧器前的总压力不低于1.1kPa。
　　2.2 燃烧器的安装特点
　　 焦炉煤气的爆炸极限(6%～ 30% )及着火温度(600～650℃) 都很低。因此, 应绝对禁止煤气与空气在燃烧器中混合, 并严格控制温度不超过550℃。另外, 燃烧器安装必须避开炉内的正压区, 防止回火，同时我们在燃烧器前都增设了阻火器，可以更进一步控制煤气回火。
　　 燃烧器是根据焦炉煤气的性质和锅炉的特点而安装的。由于焦炉煤气在高温下容易裂解产生游离碳。这些游离碳会粘附在管壁上,因此，为防止燃烧器堵塞，其燃烧器均采用φ108的无缝钢管。燃烧器的安装分两层，一是安装在炉膛最下层#1～#4一次风火嘴中心位置，主要作用是实现锅炉无油点火、低负荷稳燃以及煤质差时稳燃，可以很大程度降低发电机组燃油消耗；二是安装在最上层#1～#4角二次风火嘴中心的位置,在炉膛稳燃的情况下关闭下层煤气系统，投入上层煤气系统可实现节约煤耗。如此安装一方面可防止炉膛压力高于燃烧器的出口压力而出现煤气回火; 另一方面使得炉膛烟气中携带的煤粒与燃烧器喷出的煤气充分混合掺烧。
　　 安装时，燃烧器向下倾斜5°～ 10°, 以使煤气燃烧时分解出的焦油从喷嘴自由脱落, 并可防止燃烧器被火嘴附近的焦块堵塞。燃烧器在水平方向偏转一定角度安装, 目的是使煤气掺烧火焰在炉膛内能形成切向圆,以延长掺烧时间。
　　2.3煤气的防火、防爆安全装置
　　2.3.1防爆水封装置
　　 防爆水封装置主要由水封槽、煤气倒管、水位定量管、放散管、防爆片、环行母管、连接管及疏放焦油管组成。正常工作时, 煤气经倒管进入水封槽,克服水柱压力进入水封槽上腔, 经过联接管进入炉膛四周煤气环行母管, 在煤气环行母管中稍作停留稳压, 继而从煤气环行母管四角送入燃烧器前端。煤气在流经水封槽时, 不断有焦油冷凝析出, 随水溢流出来。同时也有少量焦渣混合胶状物沉于底部, 可利用焦油疏放水管使其流出。当出现回火时, 火源流向正好与正常煤气流向相反, 进入水封槽上腔, 火源与煤气被水隔阻, 使火焰不能继续蔓延, 同时防爆片被回火产生的压力冲破而泄压。
　　2.3.2机械式泄压装置
　　 当煤气因某种原因发生爆炸时, 管内压力急剧增加后会冲破装在环行母管管道最前方的防爆片而泄压, 保护其它设备不受损坏。
　　2.3.3测压报警装置
　　 测压装置监测煤气管道内的煤气压力, 当煤气压力下降到规定的不安全压力1.1Kpa以下时, 报警装置即发出信号，自动关闭煤气母管气动总门，同时停运炉膛四角煤气燃烧系统。
　　3煤气掺烧发电的经济与社会效益分析
　　3.1经济效益
　　（1）焦化厂每年在炼焦中产生剩余煤气1.05～1.4亿m3的焦炉煤气，年相当于5.25～7万吨标准煤，效益相当可观；
　　（2）大大减少了炉膛熄火次数, 节约了点火用油费用。
　　3.2社会效益
　　(1) 每年减少了3.6～5万t 灰渣的排放及其占地。
　　(2) 由于炉膛熄火次数减少, 稳定了发电机组的运行, 提高了供电质量。
　　(3) 减少了煤气排放对大气的污染。经六盘水地区环保监测站测量, 大气环境质量符合国家二级标准, 烟囱烟气排放符合国家一级标准, 有效地改善了大气环境质量。
　　4结论
　　4.1 焦炉煤气在200锅炉中掺烧发电是一项新型实用的综合利用技术, 具有较好的经济效益和社会效益, 为我国焦炉剩余煤气的综合利用开辟了一条新途径。
　　4.2该项技术自2006年正式实施至今，经过实践证明，其操作可靠, 达到了安全生产、节能降耗、提高锅炉热效率、保护环境的目的, 并且减少了电厂锅炉熄火次数，很大程度上提高了炉膛燃烧运行的稳定性；
　　4.3由于煤气中含有大量的杂质，特别是焦油和奈在高温下，可能在煤气供应管路内结垢，造成管路堵塞问题；水分子和硫化氢化合成为强腐蚀性的硫酸，损害机械设备；在粉尘中可能残存钾、钠或其他重金属，钾钠在高温下可以形成强腐蚀，造成煤气系统中控制部件的损伤，而重金属在高温下可能附着在控制部件表面，造成设备功率衰减，影响设备效率和出力等等。然而如何更有效的处理上述这些问题，尚待进一步探讨。
　　
　　

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