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全燃高炉煤气锅炉燃烧稳定性影响因素分析
摘要：高炉煤气的特性和燃烧环境对全燃高炉煤气锅炉的稳定燃烧起重要作用，高炉煤气的着火及稳定燃烧与燃烧环境是影响全燃高炉煤气锅炉燃烧稳定性的主要因素，对锅炉的安全运行有着重要影响。从高炉煤气和燃烧环境两个方面出发，对全燃高炉煤气锅炉燃烧稳定性因素进行了详细分析。
关键词：全燃高炉煤气锅炉 ； 燃烧稳定性；影响因素；
0 前言
高炉煤气作为冶金行业的副产品被再次利用作为蒸汽锅炉的动力燃料极具意义，既可减少污染又可节约资源，减少锅炉对动力用煤的要求。随着冶金行业的高炉大型化，高炉煤气的产量成倍增加。纯燃高炉煤气的锅炉已由中低压向高压锅炉迈进，并有向大型化发展的趋势。锅炉的安全运行主要表现为燃烧的稳定性。纯燃高炉煤气的锅炉与燃煤锅炉所使用的燃料不同，所以不但在锅炉的结构有它的特点而且影响锅炉燃烧稳定性的因素也有所不同。分析纯燃高炉煤气锅炉燃烧不稳定的原因，找出该类锅炉燃烧不稳定的症结所在，对大力推广高炉煤气锅炉，指导运行人员进行正确操作，寻找合适的燃烧优化方案具有重要意义。
1 影响因素分析
燃烧的稳定性直接影响锅炉的安全性，即锅炉是否稳定持续的燃烧是关系燃烧安全的重要因素。锅炉燃烧是一个复杂而多变的过程。锅炉的燃烧稳定性既反映了过来着火的难易程度又体现了着火后的燃烧状况。合理的燃烧工况应该是迅速着火，快速的火焰转播，强力的燃烧和充分的燃尽。着火阶段是整个燃烧过程的关键。要使燃烧在较短的时间完成，必须强化着火过程，即要保证着火过程能够稳定迅速的进行。稳定的着火是燃烧过程良好的开端，而充分燃烧且燃尽是实现锅炉稳定经济燃烧所必须的。要组织良好的燃烧过程其标志就是尽量接近完全燃烧。保证燃烧在炉膛内完全燃烧的条件是：着火要及时稳定；适合的燃烧速度并使燃烧完全。
高炉煤气是一种低热值气体燃料，其主要成分CO 、CO2、 N2 和少量的H2 、H2O等，热值约为3000KJ/ Nm。所以纯燃高炉煤气的锅炉在组织燃烧时采用了一些强化燃烧的措施如：采用双缩腰炉膛将燃烧区单独隔开并在燃烧器处敷设卫燃带，燃烧区加设蓄热器，燃料、空气同时预热，双旋流平焰燃烧器、新型钝体隙缝式燃烧器等。对于全燃高炉煤气锅炉的稳定完全燃烧主要体现在形成稳定的火炬和尾部烟道CO的含量接近于0。
影响锅炉燃烧稳定性的因素除与锅炉本身结构有关，燃料本身的因素与燃烧条件对锅炉的稳定运行 起着重要的作用。全燃高炉煤气的锅炉燃料由冶金行业的高炉运行工况决定。高炉煤气成分、压力、热值随之波动。有时高炉煤气的供应量也会波动，这些对于全燃高炉煤气的锅炉安全经济运行有着重要的影响。本文主要讨论高炉煤气本身因素和燃烧环境变化对锅炉燃烧稳定性的影响。通过高炉煤气的着火机理的研究和对现场实际运行状况的了解，可以知道影响全燃高炉煤气锅炉的燃烧稳定性的主要因素为：高炉煤气成分变化（高炉煤气热值变化）；高炉煤气压力变化；高炉煤气入炉初温；助燃空气量和空气温度；锅炉负荷。
1.1 高炉煤气成分、热值变化
高炉煤气时一种低热值的气体燃料，其主要可燃成份为CO和少量的H2，其余大部份是惰性气体CO2、和N2，还有少量的水。当高炉煤气成分发生变化时热值也随之变化。当高炉煤气可燃成份减少，高炉煤气的热值随之下降，同样的燃料量所产生的燃料热少了很多，炉膛温度下降。而且高炉煤气中随着可燃成份的减少，不可燃成份的相对增加，要吸收大量的燃烧热，着火热相对增加，造成燃烧不稳定、不完全甚至会发生灭火事故。因此高炉煤气的热值较低时，着火相对更困难些。高炉煤气中H2含量的增加有利于提高高炉煤气的热值，因为H2是一种高热值气体燃料，它的含量的增加对于高炉煤气的燃烧稳定是有利的。高炉煤气中的含水量增加时，将会吸收部分燃烧热，着火热也随之增大，这对着火显然是不利的。所以在高炉煤气进入炉膛前的应尽量将水过滤尽。但可燃气体的反应都是链反应，少量的水分会强化CO和O2的反应。CO和O2之间的反应机理相当复杂，通过试验已经证明干燥的CO和空气的混合物在<7000C 不起化学反应。而温度〉7000C时也只是在容器壁上有缓慢反应，但当混合物种引入少量的水分或H2，就会使整个容器中的混合物产生反应，在火焰中出现OH，O和H的活化中心。用H2 O 催化的CO燃烧反应过程归纳起来如下： 1、H2 O+CO= CO2
总之，高炉煤气成分的变化将会在高炉煤气的热值上得到反映，热值降低，锅炉的燃烧稳定性将会受到影响。
1.2 高炉煤气压力
高炉煤气时一种低热值的气体燃料，随着压力的变化气体的浓度会发生变化。在一相对密闭的容器中体积与压力成反比，参与反应的燃料的摩尔浓度随相对体积减少而增加，燃烧反应的速度与参与反应的浓度n次幂成正比。当高炉煤气的压力升高时相对来说高炉煤气的浓度增加，而其高炉煤气流速增加，扩散能力加强，对增加燃烧反应的速度是有利的。但实际运行中高炉煤气压力的变化往往是突然性的，对燃烧的稳定性影响很大。高炉煤气压力突变的时候，锅炉的负压变化显著。压力突然增加，高炉煤气的流速变大，如若超过火焰传播速度将有可能造成脱火现象。高炉煤气压力突减，高炉煤气流速突然下降，燃烧反应速度下降，极限情况下可能造成灭火。若高炉煤气输送管道中漏入空气，高炉煤气压力下降很多，还可能造成回火，管道爆炸。目前一般采用在高炉煤气进入锅炉前增设压力式煤气贮气柜的方式来保证高炉煤气压力的稳定。
1.3 高炉煤气的初温
提高高炉煤气的初温，减少把高炉煤气加热到着火温度所需要的热量，从而加速高炉煤气的着火，有利于高炉煤气的稳定燃烧。根据相关计算，高炉煤气入炉前的初温每提高100C其理论燃烧温度将增加5~60C，实际运行中再全燃高炉煤气的锅炉的尾部烟道可加设热管式煤气加热器，既提高了高炉煤气入炉前的温度又降低了锅炉的排烟温度，提高了锅炉的效率。
1.4 送风空气量和空气风温
进入炉膛的空气温度的提高，可以减少空气在炉膛的吸收热量，也是有利于
锅炉稳定燃烧的一项措施。
常温常压下气体的燃料着火极限的化学当量比为50%，无论层流还是紊流火焰，气体燃料的浓度变化在化学当量比处或稍富一侧火焰传播速度最大，稳定性最好，试验表明高炉煤气的着火容积浓度界限为35%~71%，当过量空气系数为0.6~1.0时燃烧速度最快，所以全燃高炉煤气的锅炉在配风上应采用低于过量空气系数的方法。保证高炉煤气完全燃烧的前提下采用低过量空气系数不仅利于稳定燃烧还可以用减少烟气量，减少排烟然损失。
1.5 锅炉负荷
锅炉负荷发生变化的时，炉膛的平均烟温发生变化，燃烧区的烟温也随之变化，从而引起锅炉燃烧稳定性发生变化。锅炉负荷降低时，进入锅炉的燃料减少，进入炉膛的热量也减少，尽管炉膛的吸热量也下降了，但两者综合起来后，炉膛的平均温度仍然是下降的，燃烧区的温度也下降。锅炉稳定性下降，克服外界的干扰能力下降，诸如高炉煤气热值、压力波动等。所以锅炉负荷下降对燃烧稳定性不利。全燃高炉煤气锅炉对负荷影响往往来自于燃料侧，因为它的燃料为高炉生产时的副产品，高炉运行工况决定高炉煤气的产量和品质。
当然，还有炉膛负压波动、燃烧器被杂质堵住等也会影响锅炉燃烧的稳定性。
2、结论
（1）高炉煤气着火和燃烧稳定及燃烧条件对全燃高炉煤气锅炉的燃烧稳定性至关重要。
（2）在对高炉煤气着火、稳燃机理和现场运行状况了解的基础上提出影响全燃高炉煤气锅炉的五个主要因素：高炉煤气压力；高炉煤气成分和热值；高炉煤气初温；送风空气量和空气初温；锅炉负荷。
（3）系统地对影响全燃煤气锅炉稳定性各个因素进行分析，使运行人员能了解影响锅炉稳定运行的主要因素，进而对实际操作产生积极的影响，为全燃高炉煤气锅炉系统运行优化提供基础。