【摘 要】 分析对比不同燃料性质对蒸汽锅炉受热面布置的要求，根据链条锅炉受热面布置情况，提出维持受热面不变把链条锅炉改造为燃高热值煤气锅炉的方案，并对改造情况进行验证。

【关键词】 链条锅炉 燃气锅炉 燃气特性 受热面布置

原煤燃烧产物对环境造成的危害较大，随着环境保护意识的提高，企业逐步减少原煤消耗，控制污染物的排放。本公司处于城市周边，根据相关要求必须停止原煤的使用，因此需对原有燃煤链条锅炉进行改造，改为燃用钢铁冶炼副产的煤气。针对燃料特性对锅炉受热面布置的影响，在保持锅炉受热面基本不变的情况下，对锅炉可使用煤气的特性进行论证，得出燃高热值煤气的受热面结构设置与燃煤锅炉较为接近，提出链条锅炉改为燃高、焦混合煤气或转炉煤气的改造方案，并针对改造后锅炉进行各种调试，证明锅炉改造后达到额定蒸汽参数和预计出力。

1 燃料特性对锅炉受热面布置的影响

燃料性质对锅炉受热面的影响很大，本文仅对燃煤锅炉与燃钢铁冶炼副产煤气锅炉两种锅炉受热面不同布置进行分析。固体燃料主要参与燃烧的成分为碳和挥发分，其他可燃成分比例很低，因此燃烧燃烧温度高，燃烧产物炉膛黑度大，空气过剩系数较低，炉膛辐射吸热大，尾部换热比例较低，因此把锅炉炉膛空间设计较小，增加过热器吸热面积，同时在锅炉尾部设计一定换热面积的空预器，降低排烟温度并提高燃烧配风温度，加速燃烧反应。气体燃料的受热面布置与气体燃料的成分组成有关：焦炉煤气主要可燃成分为氢气、甲烷和一氧化碳，不可燃成分比例在10%以下，燃烧温度很高，燃烧烟气量少，因此设计时炉膛空间偏小，尾部受热面的换热面积设计较大；高炉煤气主要可燃物一氧化碳比例在25%左右，理论燃烧温度低，不燃成分氮气和二氧化碳的比值超过70%，烟气量大，因此高炉煤气锅炉的炉膛空间设计较大，以满足蒸汽吸热比例的要求。

根据以上对比，燃煤锅炉与燃焦炉煤气锅炉的受热面布置要求较为相似，都是炉膛空间较少，尾部受热面布置较大的炉型，而高炉煤气锅炉则需布置为大炉膛空间的结构。链条锅炉进行煤改气的改造，若改为燃低热值高炉煤气对受热面布置影响大，改造范围和费用将较高。为节省投资对链条锅炉改燃高热值煤气（如高炉、焦炉混合煤气或转炉煤气）的可行性进行分析。

2 链条锅炉改为燃高热值煤气锅炉的可行性分析

对于不同燃料对吸热的影响可以从烟气量的计算结果先进行对比，本文取原煤与转炉煤气进行对比计算。

固体燃料理论空气量L0、理论烟气量V0和实际烟气量Va计算公式为：

L0=0.0889Cy+0.2666Hy+0.0333Sy-0.0333Oym3/kg ①

V0=0.0889Cy+0.3226Hy+0.0124Wy+0.0333Sy+0.008Ny- 0.0263Oym3/kg ②

Va=V0+（α-1）L0m3/kg ③

按表一原煤的成分并取空气过剩系数1.3计算，分别得出：

L0=6.94m3/kg

V0=9.38m3/kg

Va=11.46m3/kg

按表二气体燃料以转炉煤气为例，根据气体燃料计算公式，以过剩空气系数1.2计算转炉煤气的烟气量，分别如下：

L0=4.762[1/2CO+1/2H2+2CH4+（n+m/4）CnHm+3/2H2S-O2]/100m3/m3 ④

V0=[CO+H2+3CH4+（n+m/2）CnHm+2H2S+CO2+H2O+N2]/100+0.79L0m3/m3 ⑤

Va=V0+（α-1） L0 ⑥

L0，=1.302m3/m3

V0，=2.020m3/m3

Va，=2.280m3/m3

根据设计负荷，按锅炉热效率不变的情况进行对比，产生同样蒸汽需消耗的原煤和转炉煤气分别为：5.123t/h和21840m3/h，因此原煤与转炉煤气产生的烟气量分别为11.46×5123=58710（m3/h）和2.280×21840=49795（m3/h），转炉煤气比燃煤锅炉产生的烟气量略少。

若受热面布置不变，转炉煤气锅炉的炉膛出口温度必须比燃煤锅炉的高才能保证尾部受热面的吸热比例达到设计值，因此进行炉膛出口温度的分析。燃煤锅炉炉膛黑度大，辐射能力强，因此转炉煤气锅炉水冷壁吸热能力比燃煤锅炉差，有利于保证转炉煤气锅炉炉膛出口温度的提高；此外链条锅炉火床较低，火焰中心低于燃气锅炉，炉膛出口温度较低。

笔者还对一定掺混比例的高炉、焦炉混合煤气（热值比转炉煤气高）进行计算，得出烟气量偏差不大，热值越高，烟气数值越接近，因此认为链条锅炉改为高热值煤气锅炉是可行的。

3 链条锅炉改为燃高热值煤气的改造方案

按照尽可能不动受热面减少改造费用的要求对链条锅炉进行改造，把原有炉排表面铺设隔热层、再浇筑保温、耐火材料进行保护；保持原有前拱不变，拆除前拱水冷壁耐火浇注料，把后拱水冷壁管拉直，拆除表面耐火层，增加水冷壁吸热面积；在前后侧炉墙各布置两组对烧喷嘴；在两侧墙靠下部各装一只对烧喷嘴，保持炉膛内部火焰的充满度，减少热偏差；维持尾部受热面不变，把面式减温器改为混合式减温器。整个改造涉及承压系统的管道较少，改造费用较低，燃烧系统进行全面改造并增加熄火保护装置（FSSS系统）。

4 改造效果分析

锅炉改造后，通过煤气管网的配置，锅炉可以使用热值在10000kJ/m3的混合煤气，也可使用热值在7000kJ/m3的转炉煤气，表3是改造后的运行参数。

通过表3分析，锅炉改造后达到原有的负荷水平，蒸汽参数也满足要求；根据对改造前数据分析，改造后锅炉热效率有所提高，改造效果非常成功。对于有高热值煤气富裕的钢铁企业，维持受热面基本不变的情况下把燃煤锅炉改为燃气锅炉，既可以减少原煤消耗，又可以充分利用二次能源，达到很好的节能减排和环境保护效果，具有很好的推广价值。

参考文献：

[1]韩昭沧.燃料及燃烧.冶金工业出版社，1994-10.

[2]周强泰.锅炉原理.中国电力出版社，2009-09.

[3]方永峰，薛东晓，马磊磊.高炉煤气锅炉炉墙的改造.煤气与热力，2012-07.