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熱煤氣的應(yīng)用技術(shù)研究

文檔作者：翟勇范垂剛尹洪超崔峨文檔來(lái)源： 1．大連理工大學(xué)動(dòng)力系 2．大連金華節(jié)能環(huán)保有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月14日
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2005年第7期
(總第276期)
節(jié) 能
ENERGY C0NSERVAT10N
熱煤氣的應(yīng)用技術(shù)研究
翟 勇。，范垂剛 ，尹洪超。，崔峨。
(1．大連理工大學(xué)動(dòng)力系，遼寧大連116023；2．大連金華節(jié)能環(huán)保有限公司，遼寧大連116023)
摘要：介紹了熱煤氣的應(yīng)用現(xiàn)狀以及實(shí)際設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，分析了熱煤氣在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。
并對(duì)項(xiàng)目做出了生產(chǎn)效益分析和環(huán)保評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：熱煤氣；軋鋼加熱爐；環(huán)保
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ542．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7948(2005)07—0021—03
1引言
我國(guó)的一次能源結(jié)構(gòu)存在著煤炭資源豐富，石
油、天然氣資源不足的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。雖然石油、天然氣
是一種優(yōu)質(zhì)能源，在國(guó)外被廣泛利用。但煤炭在我國(guó)
能源消耗總量中仍然占到75％以上。因此，以煤炭
為主要一次能源依然是我國(guó)長(zhǎng)期能源政策的基礎(chǔ)。
但在工業(yè)窯爐上燃燒有許多困難，只有煤氣化才是
當(dāng)前工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)以煤代油的有效方法，但建造冷煤
氣站投資巨大，一般中小企業(yè)難以承受。迫于無(wú)奈，
我國(guó)現(xiàn)有不少中小型鋼鐵廠的加熱爐和平爐，一些
企業(yè)的耐火窯、玻璃窯及瓷窯等正紛紛由燒油改為
燒熱煤氣。熱煤氣是利用空氣和水蒸氣作為氣化
劑，在煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣化成熱值較高的發(fā)生爐煤氣，
只需經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去大顆粒灰塵后在熱狀態(tài)下直
接送入爐內(nèi)燃燒。這種煤炭氣化方法及燃?xì)夥绞綗?
效率高，不存在污水的二次污染問(wèn)題，而且投資規(guī)模
相對(duì)較小，運(yùn)行維修費(fèi)用較低，適應(yīng)性強(qiáng)。現(xiàn)已在不
少企業(yè)的工業(yè)爐上應(yīng)用，促進(jìn)了企業(yè)節(jié)能降耗，環(huán)保
達(dá)標(biāo)工作的開(kāi)展。以下以熱煤氣在某型鋼廠軋鋼加
熱爐上的應(yīng)用為例簡(jiǎn)單介紹熱煤氣的應(yīng)用。
2軋鋼加熱爐燃熱煤氣系統(tǒng)工藝流程
軋鋼加熱爐燃用熱煤氣的系統(tǒng)工藝流程如圖1
所示。
煤經(jīng)煤氣發(fā)生爐氣化成熱煤氣，熱煤氣經(jīng)降塵
斗除去大顆粒煤塵。再進(jìn)入到旋風(fēng)除塵器中除去小
顆粒煤塵后，通過(guò)旋風(fēng)除塵器內(nèi)的濕式水封煤氣總
閥，經(jīng)熱煤氣總管、支管進(jìn)入到干式熱煤氣盤(pán)閥，熱
煤氣經(jīng)干式煤氣盤(pán)閥的調(diào)節(jié)進(jìn)入到煤氣燒嘴內(nèi)；助
燃空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)及冷風(fēng)總管進(jìn)入到空氣換熱器內(nèi)與加
熱爐煙氣進(jìn)行熱交換，使助燃空氣得到預(yù)熱，預(yù)熱后
的助燃空氣經(jīng)空氣管道輸送到熱煤氣燒嘴前，通過(guò)
一次風(fēng)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)旋流器進(jìn)入熱煤氣燒嘴，與燒嘴內(nèi)
的熱煤氣預(yù)混合，二次助燃空氣經(jīng)二次風(fēng)管，通過(guò)二
次風(fēng)閥調(diào)節(jié)，進(jìn)入到燒嘴內(nèi)與熱煤氣二次混合，再經(jīng)
明火點(diǎn)燃或在高溫狀態(tài)下迅速擴(kuò)散燃燒，為加熱爐
提供熱源。
1一煤氣發(fā)生爐；2一降塵斗；3一旋風(fēng)除塵器(內(nèi)設(shè)水封式煤氣總閥)；
4一DGR一8型熱煤氣燒嘴；5一空氣換熱器；6一加熱爐助燃風(fēng)機(jī)；
a一煤氣總管；b一煤氣支管；c一干式熱煤氣盤(pán)閥；
d一煤氣管道末端放散管；e一冷風(fēng)總管；
卜熱風(fēng)總管；g一熱風(fēng)支管；h一一次風(fēng)閥；k一二次風(fēng)閥。
圖1 燃用熱煤氣的系統(tǒng)工藝流程
3軋鋼加熱爐燃熱煤氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1煤氣發(fā)生爐的確定
經(jīng)過(guò)熱工計(jì)算，采用熱值為2．37×10 kJ／m 的
熱煤氣在產(chǎn)量為35t／h，加熱爐熱效率為38％，爐溫
1300℃條件下，熱煤氣的需要量為13300m ／h。因
此需要選擇3臺(tái) ．6m常壓移動(dòng)床式煤氣發(fā)生爐。
3．2煤氣輸送管道設(shè)計(jì)的原則
(1)為了控制熱煤氣在輸送管道內(nèi)的溫度損失，
防止熱煤氣中焦油蒸汽的大量析出堵塞管道，并便
于對(duì)管道進(jìn)行反燒清理，采用內(nèi)外復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)。
(2)為了控制熱煤氣在輸送管道內(nèi)的阻力損失，
保證熱煤氣的燃燒效果，經(jīng)管道阻力損失計(jì)算，確定
煤氣總管為怊12mm。支管為~580mm。
(3)在熱煤氣輸送管道上增設(shè)防爆孔。
一22 一
節(jié) 能
ENERGY C0NSERVAT10N
2005年第7期
(總第276期)
3．3熱煤氣燃燒裝置的選擇
DGR型熱煤氣燃燒裝置是針對(duì)熱煤氣的燃燒
而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，并根據(jù)燒嘴的燃燒能力分為多種型號(hào)。
首先，要根據(jù)加熱爐的結(jié)構(gòu)及爐溫分布的要求，確定
燃燒裝置的數(shù)量，再根據(jù)加熱爐熱煤氣總需要量確
定每個(gè)燃燒裝置的燃燒能力，燃燒能力的確定按最
大負(fù)荷取15％的調(diào)節(jié)余量。此工程設(shè)計(jì)中，選擇了
32套DGR一8型熱煤氣燃燒裝置，為加熱爐燃燒供
熱。
3．4安裝一臺(tái)空氣換熱器。將助燃空氣預(yù)熱到300～
350℃
(1)在空氣不預(yù)熱的情況下，熱煤氣燃燒所能達(dá)
到的爐溫。由于熱煤氣熱值只有2．37 x 10 kJ／m ，
其理論燃燒溫度只能達(dá)到1630℃ 左右，原因在于熱
煤氣的完全燃燒需要一部分過(guò)剩空氣。根據(jù)爐窯燃
燒方式及燃燒控制系統(tǒng)等條件的不同，在工程設(shè)計(jì)
中，按1．05～1．15范圍選取?？紤]到軋鋼加熱爐的
高值爐溫系數(shù)0．75，則在空氣不預(yù)熱的條件下，燃
燒熱煤氣所能保證的爐溫為1220℃ 。此爐溫下無(wú)
法保證對(duì)鋼坯的快速均勻加熱，必須對(duì)助燃空氣進(jìn)
行預(yù)熱。
(2)將助燃空氣預(yù)熱到300～350℃是保證爐溫
的關(guān)鍵因素，利用軋鋼加熱爐的排煙余熱，將助燃空
氣預(yù)熱到300～350℃ 。不但可以降低能源消耗，更
重要的是可以將熱煤氣的理論燃燒溫度提高到
1750℃左右，在此條件，可以使?fàn)t溫達(dá)到1300℃，保
證加熱爐生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
(3)助燃風(fēng)機(jī)的選擇
① 風(fēng)量的確定
每小時(shí)燃燒13300m ，熱值為2．37 x 10 kJ／m
的熱煤氣，經(jīng)燃燒計(jì)算，需要的理論空氣量為
15260m ／h。在空氣過(guò)剩系數(shù) =1．1的條件下完
全燃燒所需要的實(shí)際空氣量為每小時(shí)16800m 。
② 風(fēng)壓的確定
由于熱煤氣壓力低、流速慢，調(diào)節(jié)范圍小，從穩(wěn)
定燃燒的角度講，控制燒嘴前的空氣壓力，調(diào)節(jié)空氣
流速顯得尤為重要。
對(duì)于特定的熱煤氣燒嘴當(dāng)空氣壓力太小時(shí)，會(huì)
造成空氣和煤氣的混合噴出速度小于熱煤氣的燃燒
速度，形成回火現(xiàn)象。過(guò)大時(shí)會(huì)使空氣和煤氣的混
合噴出速度大于熱煤氣的燃燒速度，出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，
使熱煤氣不能穩(wěn)定燃燒，并造成安全隱患。因此，對(duì)
DGR型熱煤氣燃燒裝置而言，要求燒嘴前的空氣壓
力控制在1400～3000Pa之間。
根據(jù)上述風(fēng)量的計(jì)算和燒嘴前空氣壓力的要
求，考慮到空氣管道及空氣換熱器的阻力損失，選擇
1臺(tái)9—19—14D，75kw 的風(fēng)機(jī)作為加熱爐助燃風(fēng)
機(jī)。
4熱煤氣軋鋼加熱爐應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題
4．1煤氣管道的吹掃
熱煤氣中的CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w與空氣混
合達(dá)到一定的濃度范圍，在燃點(diǎn)溫度和明火的作用
下，會(huì)發(fā)生化學(xué)性爆炸。爆炸極限如表1所示。如
果爆炸氣體在空氣中的含量大于或小于表中所示的
極限，則爆炸不會(huì)發(fā)生，熱煤氣的溫度及所含的水蒸
氣和煤塵的存在，使熱煤氣爆炸的濃度極限擴(kuò)大，爆
炸所需著火溫度降低。因此，在向加熱爐供氣前必
須要對(duì)熱煤氣輸送管道進(jìn)行吹掃，將熱煤氣管道內(nèi)
的存留空氣排出。吹掃介質(zhì)一般選擇蒸汽或氮?dú)獾?
惰性氣體。
表1 常見(jiàn)氣體爆炸濃度的上、下限及燃點(diǎn)溫度
用蒸汽吹掃，易造成管道積水，增加管道內(nèi)的濕
度，造成點(diǎn)火困難，燃燒不穩(wěn)定，而且一些企業(yè)沒(méi)有
蒸汽鍋爐，無(wú)蒸汽來(lái)源。在此情況下，通常采用氮?dú)?
等惰性氣體作為吹掃介質(zhì)，但吹掃成本高。
考慮到煤氣發(fā)生爐點(diǎn)火時(shí)需要木材引燃，并對(duì)
木材燃燒后的煙氣成分進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表
明，用木材燃燒產(chǎn)生的煙氣吹掃煤氣管道是可行的。
通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)，我們將此方法應(yīng)用到工程實(shí)際中。
經(jīng)過(guò)多個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)踐證明，用發(fā)生爐點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)
生的煙氣做介質(zhì)吹掃管道，不但安全可靠，而且可將
煤氣管道預(yù)熱至300℃左右，對(duì)熱煤氣點(diǎn)火初期的
穩(wěn)定燃燒十分有利。
4．2加熱爐風(fēng)機(jī)緊急停機(jī)的處理
加熱爐風(fēng)機(jī)由于緊急停電或出現(xiàn)故障停止運(yùn)行
時(shí)，必須首先打開(kāi)熱煤氣管道末端煤氣放散閥，關(guān)閉
所有燒嘴前的熱煤氣閥f-j；并通知發(fā)生爐操作人員
打開(kāi)發(fā)生爐鐘罩式放散閥門(mén)。在關(guān)閉熱煤氣總管上
的水封總閥后，關(guān)閉煤氣管道末端放散閥。
2005年第7期
(總第276期)
節(jié) 能
ENERGY C0NSERVAT10N
4．3煤氣管道的清理
DGR型熱煤氣燃燒裝置在不影響生產(chǎn)的情況
下可以完成對(duì)熱煤氣燒嘴、煤氣閥及煤氣連管的清
理工作。但對(duì)于煤氣總管道和支管道的清理必須在
停爐的情況下進(jìn)行。
清理熱煤氣管道時(shí)，首先打開(kāi)煤氣管道末端放
散閥，關(guān)閉熱煤氣燒嘴前的煤氣閥門(mén)，再打開(kāi)煤氣發(fā)
生爐鐘罩式放散閥，關(guān)閉熱煤氣總管上的煤氣總閥。
待熱煤氣管道中的殘留煤氣經(jīng)末端放散管排空后，
打開(kāi)所有的防爆孔及清灰孔，在熱煤氣管道的一端，
用明火將管道內(nèi)的焦油及煤塵堵塞物引燃，待管道
內(nèi)的堵塞物燃盡后，再進(jìn)行清理。
5生產(chǎn)效益分析
5．1改造前軋鋼加熱爐的相關(guān)指標(biāo)
以2001年第四季度為統(tǒng)計(jì)期，統(tǒng)計(jì)了該廠軋鋼
加熱爐的產(chǎn)量、煤耗、電耗、氧化燒損、設(shè)備維修費(fèi)、
工人工資等指標(biāo)，具體數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 2001年第四季度加熱爐指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表
月份 產(chǎn)
．
量煤耗電耗 化燒 備維護(hù)人員工資 ： 產(chǎn)
／t ／t ／kWh 損／t 費(fèi)／萬(wàn)元 ／萬(wàn)元 量／t
10 17935 2762 55796 414 1．47 0．57 31．50
11 16086 2613 50722 420 2．19 0．52 29．47
12 14421 2408 45540 392 1．24 0．46 27．36
合計(jì)48442 7783 152058 1226 4．9 1．55
注：小時(shí)產(chǎn)量=月產(chǎn)量／月軋機(jī)作業(yè)時(shí)間(單位：t／h)
根據(jù)表2提供的數(shù)據(jù)，編制了該廠2001年第四
季度軋鋼加熱爐各項(xiàng)指標(biāo)成本核算表3。
表3 2001年第四季度加熱爐指標(biāo)成本核算表
注：?jiǎn)挝怀杀?季度成本／季度鋼產(chǎn)量
由表3可得出，煤耗和氧化燒損占到加熱爐指
標(biāo)成本的97．78％，是降低產(chǎn)成品成本的關(guān)鍵。
5．2 改造后軋鋼加熱爐的相關(guān)指標(biāo)
考慮到鋼材市場(chǎng)的季節(jié)性變化，使加熱爐的各
指標(biāo)更具有可比性，選取2002年第四季度為可比期
間，統(tǒng)計(jì)了軋鋼加熱爐的產(chǎn)量、煤耗、電耗、氧化燒
損、設(shè)備維護(hù)費(fèi)、工人工資等指標(biāo)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4、
表5。
表4 2002年第四季度加熱爐指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表
表5 2002年第四季度加熱爐指標(biāo)成本核算表
分析上表不難看出，軋鋼加熱爐燃用熱煤氣與
直接采用燃煤的軋鋼加熱爐相比，噸鋼燃料成本降
低了22．58％，電耗成本降低26．98％，氧化燒損成
本降低20．85％，設(shè)備維護(hù)費(fèi)增加49．50％，人員工
資增加了40．63％。但由于煤耗及氧化燒損兩項(xiàng)成
本指標(biāo)占到加熱爐指標(biāo)成本的97．86％，因此，軋鋼
加熱爐單位運(yùn)行指標(biāo)成本降低了20．94％。
5．3 項(xiàng)目投資回收期
項(xiàng)目總投資為240．80萬(wàn)元，軋鋼加熱爐改造
前，加熱爐單位運(yùn)行指標(biāo)成本為116．07元／噸鋼，改
造后加熱爐單位運(yùn)行指標(biāo)成本為91．76元／噸鋼。
改造后比改造前每噸鋼降低成本24．31元。按
2002年第四季度計(jì)算的月平均產(chǎn)量21283t為基
數(shù)，則每月可降低成本、創(chuàng)造效益51．74萬(wàn)元，計(jì)算
投資回收期240．8o／51．74=4．659月。因此，在軋
鋼加熱爐上改變煤的燃燒方式，通過(guò)煤的氣化，并將
熱煤氣直接送到爐內(nèi)燃燒是企業(yè)降低成本、提高效
益、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。
6投資環(huán)保評(píng)價(jià)
(1)林格曼黑度的控制
改造前，軋鋼加熱爐是以鏈條爐排機(jī)械供煤燃
燒，煤層在爐內(nèi)的燃燒過(guò)程主要是空氣與固定碳粒
的異相燃燒。造成空氣與煤中的可燃質(zhì)不能充分混
合達(dá)到完全燃燒，特別是在供煤量發(fā)生變化的情況
下，助燃空氣不能做到隨時(shí)調(diào)節(jié)，不完全燃燒情況嚴(yán)
重，使煙氣中的碳黑含量增加，造成排煙黑度超標(biāo)。
改造后，由于煤經(jīng)煤氣發(fā)生爐氣(下轉(zhuǎn)第30頁(yè))
節(jié) 能
．．— — 30 ．．—— ENERGY CONSERVATION
2005年第7期
(總第276期)
△Q ux，M= Q ux．c．M—Q ux。M
= 2．24× 108— 1
．
03× 108
= 1．21×10 kJ
ESFg= AQ ，M／Q ， 。M
= 1．21×10 ／2．24×108： 54．0％
即：比起二步節(jié)能住宅，附加陽(yáng)光間式太陽(yáng)房在
采暖期節(jié)約采暖熱量高達(dá)54．0％ ，節(jié)能率相當(dāng)顯
著。
2結(jié)論
通過(guò)以上理論計(jì)算可以看出，附加陽(yáng)光間作為
集熱蓄熱部分所收集的熱量，在采暖期起到了一定
的供暖作用，在高寒地區(qū)體現(xiàn)了明顯的節(jié)能效果。
因此，比起普通節(jié)能建筑物，太陽(yáng)房不僅可以節(jié)省常
規(guī)能源的消耗，對(duì)嚴(yán)重的環(huán)境壓力也起到了極大的
緩解作用。隨著人類(lèi)對(duì)能源要求的不斷增長(zhǎng)，太陽(yáng)
能的利用必將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
參考文獻(xiàn)
[1]項(xiàng)立成．太陽(yáng)能的熱利用[M]．北京：宇航出版社，1991．
[2]李元哲．被動(dòng)式太陽(yáng)房熱工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：清華大
學(xué)出版社，1993．
[3]GB／T15405—94．被動(dòng)式太陽(yáng)房技術(shù)條件和熱性能測(cè)試
方法[S]．
[4]中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì)．外墻外保溫技術(shù)
[M]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999．
作者簡(jiǎn)介：蘆潮(1980一)，女，天津靜海縣人，在讀碩士研究
生，研究方向：新能源在民用住宅上的應(yīng)用。
(收稿日期：2005—04—12；修回日期：2005—05—24)
(上接第23頁(yè))化成發(fā)生爐熱煤氣，熱煤氣作為一種
氣體燃料，易與助燃空氣混合，而且通過(guò)煤氣調(diào)節(jié)閥
門(mén)及空氣閥門(mén)，隨時(shí)調(diào)節(jié)熱煤氣及空氣流量，并通過(guò)
煤氣燒嘴達(dá)到充分混合燃燒，燃燒完全程度高，不存
在煙氣黑度超標(biāo)問(wèn)題。 ’
(2)煙氣的粉塵控制
改造前，鏈條式機(jī)械燃煤方式在煤的燃燒過(guò)程
中，由于來(lái)自煤層底部助燃空氣的作用，使一些微塵
漂浮在爐膛內(nèi)，并隨煙氣排出，造成煙氣中的粉塵含
量超標(biāo)。
改造后，由于發(fā)生爐采用的是常壓固定床式煤
氣發(fā)生爐，熱煤氣中的煤塵含量少，且經(jīng)過(guò)降塵斗、
旋風(fēng)除塵器等粗除塵設(shè)備。因此，熱煤氣的燃燒不
存在煙氣含塵量超標(biāo)的問(wèn)題。
(3)煙氣中So2的控制
煤在發(fā)生爐內(nèi)氣化過(guò)程中，氣化層的溫度由于
受到氣化劑的影響，一般控制在1100～1200℃，這
就為煤的燃燒固硫創(chuàng)造了條件。通過(guò)往煤中加入適
量的鈣基固硫劑，使煤中的有機(jī)硫和硫化物在氣化
層以硫酸鈣的形式固定在爐渣中。
(收稿日期：2005—04—30)

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