（联泓新材料科技股份有限公司山东滕州277527）
摘要：简要介绍我厂在锅炉掺烧化工副产燃料气时对锅炉的稳定燃烧、传热及管路布置等产生的影响分析，在燃料气管线铺设、喷嘴安置、锅炉运行中应当加以考虑的措施，新技术的运用情况。
关键词：燃料气；循环流化燃烧技术；炉膛温度场
联泓新材料有限公司烯烃分离所产生的化工燃料气，除满足火炬点火以外的量均供锅炉掺烧使用，即解决了能源浪费又保护了环境。目前我司共有3台循环流化床锅炉，其中锅炉一直燃用的是洗混煤，热值3850Kcal，煤质相对较差。为了达到节能降耗的目的，针对燃用混煤的燃烧性能、发热量等特点，对此循环流化床燃煤锅炉和燃料气输送系统进行了综合论证，以便掺烧燃料气。通过增烧燃料气，使煤粒能够充分燃烧，提高锅炉热效率，同时还减少了混煤的使用量。于2012年在锅炉设计安装阶段进行筹划，与多家锅炉制造厂进行交流和方案讨论。最终选定徐州燃控的掺烧设备。2014年开始在锅炉上掺烧，得到了良好的效果。
1锅炉燃烧机理
锅炉采用的是微负压炉，燃料气流由Φ133的母管经减压至17Pa的压力后从炉膛左右两侧倾斜15o的喷嘴器喷进炉膛，主要依靠邻角横扫过来的高温火焰来引燃燃
料气流，燃料气流通过紊流扩散卷吸高温炽热的烟气，同时受到燃烧区域高温火焰的辐射，致使燃料气气流着火、燃烧，放出大量的热量。
图1燃料气管线至锅炉炉膛流程图
2燃料气特性
由于燃料气压力为0.3-0.5MPa，温度为25℃，管线长度为30m，阻力降比较小，输送较方便，能达到正常输送的目的。
3燃料气燃烧时对炉膛温度的影响分析
3.1循环流化燃烧技术
循环流化燃烧技术是在鼓泡流化床燃烧基础上发展起来的，循环燃烧方式与鼓泡床燃烧方式的根本区别在于固体物料能在流化床内实现多次循环燃烧。鼓泡流化床是在气流空床截面速度低于2～3m/s的情况下运行的，此时床层具有明显的分界线。当气流速度增加并超过鼓泡速度后，床层开始膨胀，大量固体颗粒被抛入床层上方的悬浮空间，床层表面趋于弥散，此时已没有明显的分界线，但沿着燃烧室高度的增加物料浓度越来越低。循环流化床内气流速度一般在4～7m/s，床内物料混合强烈，流化稳定。床内物料被高速气流带出炉膛，在“气－固”分离装置中被捕集下来，然后由回料系统送入流化床内循环再燃。
3.2燃料气燃烧时火焰稳定性
燃料气在锅炉上掺烧，对燃烧过程提出了新尝试，主要是燃烧稳定性。因为燃料气在燃烧方式上，广泛应用的是大气式燃烧。它比焦炉气、混合煤气、天然气等城市管道煤气都容易产生回火，这使得燃烧装置不能正常运行，所以如何使火焰在气流中维持稳定燃烧，对于燃烧过程是非常重要的问题。
国内外许多学者对于混合燃烧进行了大量的研究。在火焰稳定方面有代表性的是B.Lewis和G..VONelbe的临界边界速度理论，它从理论上系统地阐述了火焰的回火、离焰和脱火等不稳定燃烧的现象，解释了火焰的稳定机理。
图2燃料气喷嘴火孔边缘气流速度和火焰传播速度的分布
由此可见，火焰之所以会发生吹熄和回火，主要是由于随着可燃混合气流速度的增减，使火焰离开或接近孔口平面时，火焰焰峰上的火焰传播速度Su无法适应气流速度的变化，出现W＞Su或W＜Su得情况，以致使火焰无限的向下游移动或被吹熄，或无限地向上游移动而发生回火。
因此，我司在燃料气入炉膛的燃烧喷嘴是由徐州燃控进行设计，其锥底尺寸Φ490mm，与锅炉水冷壁保持15%的夹角进入炉膛，稳定了气流速度的变化，严防了回火等现象。
3.3锅炉掺烧燃料气时对锅炉热力系统的影响
燃料气中的可燃气体主要是CO、H2等极易燃烧且燃尽迅速的气体，产生的烟气量与热值4000kal/kg左右的烟煤相当。但由于同等温度下对应的焓值不一样（因把Nm3的燃料气折算成煤时，混合燃料的低位热值比纯煤的高）因而在同样温度下，带出锅炉的热量不一样，炉膛出口温度要比燃纯煤时高，过热器进出口温度比不掺烧时要高。
对于循环流化床锅炉来讲，掺烧燃料气时会引起固体颗粒浓度的降低，从而使传热系数降低。根据循环流化床锅炉原理，我们知传热系数随着固体颗粒浓度的增加而增加。而固体颗粒浓度的降低，传热系数也将降低。因此，掺烧燃料气热量占锅炉热量的30%时，将不影响锅炉安全影响。
3.4锅炉掺烧燃料气时对锅炉受热面及分离器的影响
锅炉额定参数一定，过热器吸热量是定值，当掺烧燃料气时，炉膛尾部温度升高，过热器吸热量增加，受热面冲刷加大。
对于循环流化床锅炉来讲，锅炉炉膛尾部温度升高，使得分离器切向进口速度增高，二次夹带严重，分离效率降低，尾部受热面磨损加重。同时因固体颗粒浓度的降低，粉尘的凝聚和团聚能力下降，小粉尘不易扑捉、聚集，分离器效率降低，热损失增加。尾部受热面磨损相应加大。
4锅炉掺烧燃料气时采取的措施
4.1燃料气管道铺设
燃料气中的可燃气体主要是CO、H2、C1等有毒易燃易爆的气体，因此在输送管道铺设、燃烧器喷嘴安装布置等多处均应充分考虑，保证安全。
我厂在设计初就考虑安全性，燃料气输送管道从炉膛两侧布置，距离水冷壁、炉墙留有500mm的距离。既方便水冷壁检修，又保证燃料气管道安全。为了维持燃料气管道压力稳定，在炉前管道上设有水封装置和快速关断阀。为防止回火，在每个燃烧器喷嘴前装有阻火器。为保证管道压力达到强度和气密性合格，燃料气管道在试运行前均进行了水压试验。
4.2锅炉掺烧燃料气运行时的注意措施
为了保证锅炉运行中掺烧燃料气的安全，我司根据锅炉类型的不同，制定了《锅炉使用燃料气操作规定》、《锅炉掺烧燃料气联系程序》等一系列管理规定。其中着重几点是：
4.2.1对于循环流化床锅炉来说，掺烧时，保护是很重要的，不可轻易退出，否则容易出现爆炸事故；一二次风比率配比问题，一次风比常规的大些，否则不易降床温，调整方法与普通流化床锅炉相同，一次风控制床温、流化，二次风补充氧量、扰动，调整时燃烧器风压应与燃料气交替调整，以防失调灭火。
4.2.2锅炉点停炉及灭火后，吹扫是必要的，千万不能忘，燃料气气压力低时，必须退出燃烧器。
4.2.3特别情况下严禁使用燃料气
4.2.3.1锅炉点火、拉火过程中严禁使用燃料气。
4.2.3.2锅炉正常运行中因工艺、设备原因需停运，炉膛火床无法保持时，必须停用燃料气，严禁用燃料气保炉膛温度。
4.2.3.3燃料气系统出现波动，接调度室通知后应立即停用燃料气。
5新技术的应用
快速关断阀和燃烧器火检构成了熄火保护回路，燃烧器熄火时，快速关断阀动作，切断燃料气供给，从而起到安全保护作用。
燃料气分段分侧送入燃烧技术的应用，燃料气掺烧后有效的减少了锅炉SOx和NOx的排放，同时降低了锅炉烟尘排放量。
6结束语
在当前推动企业向新型环保、节能、高效发展的前景下，我厂在综合利用燃料气掺烧于锅炉时，既能有效降低蒸汽成本，又能减少排入大气带来的污染。
参考文献
［1］岑可法倪明江著《循环流化床锅炉理论设计与运行》中国电力出版社,1997
［2］同济大学等《燃气燃烧与应用》中国建筑工程出版社,1988