煤气锅炉控制系统(共7篇)
煤气锅炉控制系统 篇1
1 锅炉的工作原理及过程
锅炉通过燃料的燃烧而释放化学能, 是一种具有能量转换功能的设备。所采用的燃料有多种, 如高炉煤气等。锅炉内的水, 通过能量的传递进而转变为蒸汽, 而蒸汽所具有的动能则可以通过汽轮发电机转变为电能, 或者转变为汽轮拖动的机械能。由此可见, 将燃料中的化学能转化为蒸汽的热能则是锅炉的主要作用。目前, 国家对发电上网进行了严格的控制, 而且结合钢铁企业的具体情况, 锅炉行业的大的发展趋势是利用锅炉产生的蒸汽, 进而拖动汽轮机, 并完成风机或水泵的动能的转化, 这也是行业内人士面临的一个严峻的课题。
2 锅炉的控制系统
2.1 蒸汽温度控制系统
锅炉是较为复杂的设备, 且运行的工作环境较差。蒸汽温度是锅炉设备的主要参数之一, 因此应严格控制蒸汽的温度, 减少各种干扰因素的影响, 获得在一定范围内温度相对恒定的蒸汽。空燃比和燃气供应量是影响蒸汽温度的关键因素, 因此需要对给风量和燃气量进行有效的控制, 所采用的系统是串级比值控制系统。除此之外, 引风量、蒸发量和给水量也会对蒸汽温度造成一定的影响。同时, 基于控制系统响应速度的考虑, 采用了前馈比值串级控制系统来控制蒸汽的温度。蒸汽温度控制的前馈量由蒸发量和给水量构成, 从而形成前馈控制系统。
2.2 蒸汽压力控制系统
出口蒸汽的品质会受到锅炉压力的影响, 因此锅炉压力不能过低。然而锅炉压力也不能太高, 否则会带来很大的安全隐患, 甚至发生安全事故, 如锅炉爆炸等。因此锅炉出口的蒸汽压力同样是锅炉设备十分重要的参数, 必须进行严格的调节和控制, 使锅炉的压力在合理的范围内, 才能确保锅炉运行的安全。蒸汽压力和蒸汽温度是相互影响的两个参数, 对于蒸汽温度进行控制, 同时也会对蒸汽压力造成影响。压力控制系统是锅炉设备的重要系统, 能够对压力进行调节和控制, 使压力在安全的基础上保持在合理的范围, 从而确保蒸汽的品质, 获得所需压力的蒸汽。当锅炉压力过高时, 为了让蒸汽压力迅速降低, 应立刻打开安全放散阀, 使蒸汽压力降到压力极限值之下, 再迅速将安全阀关闭。
2.3 燃料控制系统
煤气压力和煤气流量参与锅炉控制系统的输出指令, 是燃料控制系统的主要参数, 并调节燃料量。利用调节进气阀门挡板, 可以实现对于燃料的调节。确保汽包压力和母管压力为给定值, 而进气阀门的控制既可以采取自动控制也可以采取手动控制, 进而向送风控制回路发出相应指令。高炉煤气的流率相对来说较为稳定, 在对燃料量进行控制时, 应尽量减轻其他两种煤气的流量扰动, 主要采取调节高炉煤气进气量的方式来加以调节。
2.4 汽包水位控制系统
蒸汽的质量在一定程度上还会受到汽包液位的影响。汽包液位过低会导致锅炉被烧坏, 造成巨大的安全隐患, 甚至发生爆炸, 危害人们的生命安全。同样, 汽包液位过高也会对蒸汽质量造成影响, 或者水满而溢出, 进而造成事故。主给水流量和蒸汽流量是影响汽包液位的两个关键的变量。在其他条件不变的前提下, 液位随着给水量的增加而升高, 随着蒸发量的增加而降低。实际的需要决定了蒸汽流量的大小, 而给水则具有维持汽包液位的作用, 因此在对汽包液位进行控制时, 选择给水量作为操纵量。此外, 基于系统的快速性和稳定性的考虑, 采用前/后馈的控制机制, 在使用串级控制的基础上, 将蒸汽流量作为补偿。
由以往的经验可知, 汽包液位的调节, 可以通过给水流量来实现, 使得汽包内的物料达到科学而合理的平衡点, 汽包水位在可以控制的范围内进行波动。通常来讲, 对于蒸汽流量和给水流量的变化, 锅炉汽包水位会对此作出积极的响应。然而, 也有可能出现“虚假水位”的现象, 即在主蒸汽量快速增加时, 表现出来的特性却是逆向响应, 从而使得蒸汽压力下降, 汽包水位升高, 而实际水量却减少了。对于该现象进行分析可知, 其原因在于:汽包外送的蒸汽量随着用户需求量的增加而增加, 从而导致汽包内的蒸汽压力也随之迅速下降。压力下降导致水的沸点降低, 汽包内的水“开锅”得更加剧烈, 更加频繁、速度更快。因此形成大量的气泡, 而这些气泡将水位抬高, 从而导致操作人员误认为汽包水位升高。
通过分析汽包水位控制系统的原理可知, 汽包水位控制系统, 以水位作为主控量, 将蒸汽流量和主给水量作为辅助量。该系统的作用是将汽包水位维持在一定的范围内, 需要对进入汽包的主给水流量进行调节, 其目的则是使主给水流量与锅炉输出的蒸汽量相适应。为了使汽包水位维持在汽水分界线, 平衡汽包内的两相介质, 可以采用提高主给水流量的方式来实现, 通过这种方式, 不仅能够保证锅炉运行的安全, 还可以在一定程度上提高锅炉的出力。对于汽包水位控制系统中可能出现的虚假水位现象, 这是由于控制系统采用汽包水位作为主控量。因此在实际应用的过程中, 结合具体的情况, 可以将被控量选为汽包水位, 实行单冲量水位控制。或者采用双冲量水位控制, 被控量选为汽包水位和蒸汽流量, 又或者采用三冲量水位控制, 即被控量选为汽包水位、主给水量和蒸汽流量。目前, 汽包水位三冲量调节系统获得了较为广泛的应用, 并且具有较好的调节效果。
2.5 炉膛负压控制系统
如果炉膛负压太小, 甚至为正, 则炉膛内烟气过多, 甚至烟气向外冒, 影响设备和操作人员的安全;反之, 炉膛负压过大, 会使冷空气漏进炉膛内, 从而使热量损失增加, 降低燃烧效率。所以必须对炉膛的压力进行控制。影响炉膛压力的主要变量有燃气量、给风量以及抽风量等, 而其中燃气量和给风量是由蒸汽温度、压力以及蒸发量等因素决定的, 所以要想使炉膛压力在一定范围内保持不变就只有改变抽风量, 亦即通过调节抽风量以达到控制炉膛压力的目的。另外, 考虑到系统响应的快速性, 同时, 又因为给风量和给煤量成一定的比例关系, 为了提高控制品质以及简化控制系统的结构, 将给煤量引入前馈通道参与了炉膛压力的控制。
3 结束语
锅炉控制系统是计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。对于提高操作管理水平, 减轻劳动强度, 保证锅炉稳定运行, 提高运行效率, 以及防止环境污染等发挥着非常重要的作用。
参考文献
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煤气锅炉控制系统 篇2
高炉在炼铁过程中产生大量的高炉煤气,可满足高炉热风炉、烧结、轧钢等需求,剩余煤气若排放到大气中,不仅浪费了能源,还会造成大气污染。燃高炉煤气锅炉与汽轮机组在燃料燃烧和运行方式上与传统电厂的燃煤机组区别很大,使得燃煤发电控制系统的算法和模型不适用于燃高炉煤气锅炉与汽轮机组。锅炉的炉膛负压调节是锅炉经济燃烧配风调节的配套调节,主要靠调节引风量实现,燃高炉煤气锅炉对负压的干扰主要有鼓风量和煤气压力。对锅炉炉膛负压采用模糊控制算法,可提高炉膛压力的稳定性,保障燃气锅炉和汽轮机组的可靠运行[1]。
1 燃高炉煤气锅炉系统
燃高炉煤气锅炉燃烧自动调节是锅炉、汽轮机负荷协调控制的基础和保障条件,其主要任务是维持汽压和炉膛内压力的稳定,提高燃烧过程的经济性及安全性。采用蒸汽压力调节、引风量调节、送风调节和燃烧火焰质量状态调节4个子系统来完成上述任务。由于燃高炉煤气锅炉高炉煤气压力变化剧烈,煤气量使用受限制,系统存在大滞后、时变和非线性,使用常规PID调节难以解决燃高炉煤气锅炉的炉膛负压调节任务。
锅炉系统工作流程图如图1所示,给出了高炉煤气燃烧过程。高炉煤气经阀门通入锅炉,将水加热后生成过热蒸汽,用来驱动汽轮机组发电。炉膛中的助燃空气通过送风机送入炉膛,为保持炉膛内的一定负压,要求引风机与送风机协调运行。锅炉炉膛负压变化趋势如图2所示。
2 炉压模糊控制系统
选取炉膛负压偏差e、负压偏差变化率e·为输入量,炉压u(t)作为输出量。将输入变量的精确值分别变为模糊量,即偏差信号E及偏差变化率EC,再经模糊推理合成规则得到模糊控制量U,反模糊化后,得到精确控制量u(t)。炉压模糊控制原理如图3所示。
模糊控制器结构确定以后,需要对输入量和输出量进行模糊化。取炉压偏差e的论域为:X={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},炉压偏差变化量e·的论域为:Y={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},输出控制量u(t)的论域为:Z={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}。将输入偏差E、偏差变化EC和输出量U的模糊子集的模糊语言变量分成PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB七个级别[2,3,4]。
对于双输入、单输出的二维模糊控制系统,模糊控制规则的形式为:
模糊控制语言规则的设计原则为:当偏差较大时,控制量的变化应尽量使偏差迅速减小;当偏差较小时,除了要消除偏差,还要考虑系统的稳态性能,防止系统产生不必要的超调,甚至振荡。根据经验规则,得到炉压模糊控制语言规则表,如表1所示。
采用三角形隶属度函数曲线,经过反复调整量化因子和比例因子,得到炉压模糊控制仿真曲线,如图4所示。
3 结论
从仿真的结果可以看出,对炉膛负压采用模糊控制,系统超调量小,鲁棒性强,比PID控制效果要好,满足全燃烧高炉煤气的锅炉系统炉膛负压控制要求。
参考文献
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燃气锅炉高炉煤气快切阀系统浅析 篇3
快切阀在燃气锅炉中起着至关重要的安全作用, 通常被称为锅炉的“生命阀”, 它能在锅炉正常停炉和紧急停炉时快速切断高炉煤气, 防止煤气泄漏、着火、爆炸和中毒事故的发生, 使锅炉安全停炉, 并防止汽轮机组出现飞车事故。安阳钢铁公司 (简称安钢) 2000m3级高炉鼓风机站的2台130t/h和1台180t/h燃气锅炉, 共配备了6台高炉煤气快切阀, 在生产实际中, 快切阀不同程度出现了故障, 不能正常开关或非正常开关, 液压泵频繁启动导致油温过高油质变坏等, 不仅对正常生产了很大的不利影响, 而且影响了高炉的正常生产。
1 快切阀系统的工作原理
电液联动快切阀输送介质为煤气, 应用于高炉煤气管网系统, 在系统出现紧急工况时, 可在0.3s内关闭, 防止管内煤气回火。快切阀系统由阀门、传动机构、液压站和电控柜4部分组成, 电控部分设有就地操作和DCS远传控制两种控制方式, 可分别在两地独立实现慢开、慢关、 快关、游动等功能的操作控制。
快切阀系统工作原理是:快切阀采用三偏心硬密封蝶阀, 在工作过程中, 阀门靠液压站供给的压力油提供的压力克服阻力实现90°~0°开关动作, 并由行程开关控制液压站的启停。安钢2000m3级高炉鼓风机站配备有两套不同快切阀系统的液压站, 其功能原理不尽相同, 原理图与系统功能如图1、表1所示。
2 快切阀系统运行状况与存在的隐患分析
1) 130t/h锅炉1#快切阀换向阀经常会卡死, 快切阀开关无动作, 液压泵频繁启动。
原因分析:油质不合格导致的液压元件及密封件的损伤, 引起换向阀卡涩, 造成系统泄压, 泵频繁启动。
2) 180t/h锅炉快切阀存在不同程度的游动现象, 在生产中阀门由100%全开位自动游动到70%开位, 或由0位全关位游动到30%开位。
原因分析:一为系统的2个液控单向阀组成的锁紧回路出现问题;二为液压缸的内泄漏致使活塞出现游动。
3) 180t/h快切阀控制箱内中间继电器和接触器频繁烧毁, 液压泵自启动并保持长时间运行, 油箱内油温高达100℃, 降低油的品质和寿命, 导致整个液压系统性能不稳定。
原因分析:系统采用的2个压力继电器, 一个采集高油压信号控制泵的停止, 另一个采集低油压信号控制泵的启动, 保证系统压力在正常范围内, 而2个继电器经常出现问题导致上述情况的出现。
3 改造方案
1) 经过与该公司同型号的其他3台液压站比较, 发现存在的问题均因环境因素所致。在1#快切阀液压站附近有一锅炉余气放散管道, 在风吹作用下高温蒸汽飘过液压站油箱并加热油箱内空气, 使空气温度升高;当蒸汽不向油箱方向飘过时, 油箱内温度降低导致空气中的水蒸气冷凝为水滴, 进入液压油内, 长时间如此循环加剧油质恶化, 引起换向阀密封结合面的磨损和卡涩, 导致快切阀开关失灵。该公司现已将锅炉余气放散管道延长加高到15m, 并利用大修机会将换向阀整体更换, 现1#快切阀运行1a无故障。
2) 在解体检修中发现系统的2个液控单向阀组成的锁紧回路工作不正常是因活塞缸内活塞两侧间的密封不严所致。此密封由两道方向相反的Y型密封圈构成, 分别阻止压力油向两个方向的泄漏。左侧密封圈损坏, 油液从左向右泄漏, 活塞向左游动;反之, 右侧损坏向右游动。损坏的方位不同, 决定了阀门游动方向的不同;损坏的程度不同, 决定了阀门游动的程度不同。通过更换新的Y型密封圈解决问题。
3) 利用锅炉大修机会对快切阀油压采集装置进行改造。原系统采用压力继电器采集系统油压对液压泵的启停进行控制, 而在运行中压力继电器机械部分易发生故障造成触电不能复位, 液压泵长时间运行。在2011年锅炉大修中用电检点压力表替换原有的压力继电器。因原配压力继电器与液压阀台采用螺纹密封连接, 而更换的电接点压力表螺纹与阀台螺纹孔不配, 通过设置转换块, 一头连接阀台, 一头连接电接点压力表, 这样原系统的2套压力继电器可由一块电检点压力表代替 (见图2) 。
4 结语
通过对6台快切阀存在的问题进行认真细致的分析, 通过改造使问题得到了有效解决。1#快切阀现运行1a无任何故障发生, 且减少了油的更换周期, 节约了大量资金;通过更换新的Y型密封圈, 快切阀存在的游动现象得到有效解决, 使控制更加精确, 密封更加严密;通过对快切阀油压采集装置的改造, 使压力继电器触电不能复位和液压泵运行时间长的问题得到了彻底解决, 改造后中间继电器和接触器不再烧坏, 油箱内油温降到了正常范围, 延长了油的使用寿命, 提高了整个液压系统的稳定性。
此次改造使快切阀运行中存在的问题得到了有效解决, 降低了快切阀的故障率, 延长了油和泵的使用寿命, 提高了整个液压系统的稳定性, 并取得了可观的经济效益。有效地保障了燃气锅炉安全可靠的运行, 并为高炉煤气快切阀的改造提供了经验和依据, 具有积极的推广意义。
摘要:介绍高炉煤气快切阀在燃气锅炉设备中的重要性, 并对快切阀在设备中运行中存在的严重安全故障进行了分析, 提出整改方案并予以解决, 保证了燃气锅炉运行的安全。
关键词:燃气锅炉,快切阀,液压,故障
参考文献
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煤气锅炉控制系统 篇4
AS循环煤气净化是用煤气自身中的NH3做碱源,去洗涤吸收煤气中H2S,并在系统中循环,在脱硫塔中除去大部分氨,大部分硫化氢和氰化氢,在洗氨塔最终脱完硫化氢和氨,脱硫塔下的脱硫富液进脱硫塔,由塔顶排出酸洗进入克劳斯系统,生产单质硫。从两蒸氨塔流排出的氨气进入氨分解炉,将氨分解为N2、H2等。克劳斯炉与氨分解炉的废锅是整个系统中的关键设备。
2 废热锅炉腐蚀分析
废热锅炉自2000年11月投产以来,全年开工率不足30%,经常因为废锅泄露造成整个脱硫脱酸系统停车检修,每年还得花2个月时间对废锅进行大修,自从2000年11月投产以来,两台废锅时常会出问题,几次被迫停车都是因为废锅泄漏,废锅成为提高AS系统开工率的瓶颈,经过3年的运行,废锅泄露量增大,停车时间大大增加,不得不进行更新了。
氨分解炉与克劳斯炉的废锅作成立式的,示意图如表1。
2.1 主要出问题的部位总结
(1)中心管局部腐蚀
2001年5月中心管(φ189×6,材质20)内壁上端在距端面约12mm处出现一条35~40mm的横向裂纹。
(2)管板与列管涨接处脱落,不能有效密封,高温水及蒸汽从此处形成泄漏点,每次检修都不得不堵几根管道,换热效率大大降低,废热回收也不尽理想。
(3)管板外管头与管板焊接处脱焊,焊口呈刀锋状,明显带有应力腐蚀现象。
(4)管板变形严重,中心向外凸出5mm以上,管板与列管之间形成一种张力,超出许用值范围。
(5)管头耐温混凝土有裂缝,经常检查直达管板部位。
2.2 腐蚀分析
(1)原设计认为换热管变形可以由管板的变形来补偿,但实际上换热管与壳体的热变形难以补偿,加之换热器开停车频繁造成温度上下起伏较大,使得原来的设计条件打破了。在使用温度下,由于列管与壳程的受热温度不同,他们的膨胀率就不同,这样就会形成内应力,在应力作用下,列管的腐蚀会加剧。在管板管道连接处形成了强大的应力,直接导致涨口脱落,焊缝处形成应力腐蚀现象。
(2)在废锅的上部形成一个蒸气聚集区,蒸气无法排出,此处又是尾气的入口,产生过热蒸气,过热蒸气导热性比较差,高温尾气进入使得管道过热。入口部分温度可高达300~600℃,有时会更高。这样就会在上部的换热管道形成退火区,钢中的成分发生变化,在长期使用时,软水中的无机盐离子会浓聚。在300℃的高温下,水导电性增加,在钢的内部不同成分之间就会形成电偶腐蚀电池,钢管会以较高的腐蚀速率被腐蚀掉。
(3)工艺介质中H2S、SO2、H2等对管板及换热管的腐蚀,介质中存在H2S、SO2在高温作用下H2分解形成H,H的原子状态渗透性很强,在高温高压下能够渗入钢材,导致钢材变脆,易形成腐蚀,在多变应力作用下又形成疲劳,最终在应力腐蚀和疲劳腐蚀共同作用,导致焊缝迅速破坏,脱焊等现象发生。
工艺介质中含有N2,在高温下分解形成氮原子,氮原子穿过耐温混凝土裂缝,进入管板与换热管处,与钢铁结合,使得钢材变硬、变脆,易发生应力疲劳腐蚀。
(4)由图(1)、图(2)可知,由于前者的烟道短,1050℃的尾气对入口的换热管道的热冲击非常大(虽然在接口部位采用了刚玉管道),管道受冷热交替作用,非常容易引起材质的变化,导致严重的腐蚀。
其机理,在400~600℃的温度下,N2和NH3可分解出氮活性原子,氮原子进入碳钢的晶体内部,在那里扩散,形成氮化物,钢材变脆,在温度造成的热应力下,形成裂纹,发生泄露,成为露点。
氨分解炉废锅内可发生脱碳反应:
脱碳反应过程生成气体使得钢的表面膜的完整性受到破坏,从而降低了膜的保护作用,加快了腐蚀的进行。
克劳斯炉废锅可发生硫化氢加速的氢腐蚀,反应如下:
由于硫化氢的存在,使得氢腐蚀得以以较大的腐蚀速率进行,生成的硫化铁是多孔性的物质,容易脱落。
氢与一氧化碳在200℃~250℃的情况下,可以发生碳钢的羰基腐蚀,也造成了碳钢的迅速破坏。
(5)废热锅炉采用的是立式锅炉,废锅与汽包的链接管道上部不能形成回路,造成废锅上部易形成过烧现象,管板上部列管超出了允许使用温度范围,钢材变质,加速了腐蚀,上部管板比下部管板腐蚀严重说明了这一现象。
3 改进设计方案
通过上述分析,为改善废锅运行条件,提高设备适用性,我们提出如下设计改进方案。
(1)原设计中列管采用20#钢,钢材本身不耐腐蚀,修改设计中采用20R钢,并对换热管、中心管表面进行了渗铝处理,提高管材在高温下的耐腐蚀性。
(2)设备本体增加U型单波膨胀节,材质为0Cr18Ni10Ti,增加筒体的伸缩性,以满足列管高温膨胀的需要,减小两者之间的应力,避免对连接处的破坏,解决胀口及管头焊口脱落的问题。
(3)汽包直径由原来的DN600,材质20RL=3500mm改为DN1000mm,材质20RL=3500mm。废锅与汽包之间用6根φ108上升管和六根φ108下降管连接构成汽水循环系统,使汽包与废锅汽液形成良好的循环,避免气体在锅炉局部聚集,避免过烧现象。
(4)废锅由立式改为卧式,避免上部管板离开水面形成过烧现象。
(5)废锅进水口设置在进气侧,并增添了挡水圈,使得进入废锅的冷水均匀地分布在管板上,改善了温度对管板的冲击,改善了管板的应急效应。
(6)耐火混凝土过程控制:严格按照耐火混凝土的技术要求进行施工、养护,避免因混凝土不合格造成裂缝。在中心管周围垫硅酸铝纤维毡,避免在升降温度时由于刚玉管与混凝土之间膨胀率不一样产生裂缝。严格按照升温曲线进行烘炉操作,避免由于烘炉不合理产生裂缝。
(7)工艺要求:克劳斯炉和氨分解炉工艺操作温度为1100±50℃,但在实际当中,时常温度超过1200℃,这样就超过了设计温度,超出了设备的各项指标。可以从废锅后放散控制炉温,炉温得到控制后,可将酸气不同程度退出,以控制温度。适当通入激冷蒸汽和氮气来降低温度。改造热电偶,使显示温度与实际相符,严格控制温度指标。总之通过各种措施进行控制,把温度调整在工艺和设计要求的温度范围内。
4 结论
(1)废锅结构设计方面存在缺陷,没有设计富裕度,不能适应工艺条件出现较大波动的情况。
(2)耐火隔热混凝土施工、养护存在一定缺陷,要对耐火混凝土的施工过程进行严格控制,首次开车使用要严格按照烘炉曲线进行。
(3)工艺操作上采取措施,严格控制置温度指标,避免超温现象发生对设备的损害和冲击。
(4)通过对进水口改造,改善了管板应力状况,避免了产生过大的应力冲击现象。
(5)锅炉由竖式改造为平卧式,改善恶劣设备运行状况,避免了出现过热区现象。
通过改造解决了废锅内漏问题,使氨硫系统由一年停车大修一次延长到两年半大修一次,每年可节约费用108万元,使得氨硫开车率达到70%以上,在全国范围同类设备系统开车率是远远超前的,并且每年硫磺产量增加约180吨,大大减少了有毒有害物质的排放,减轻了对环境的污染,体现出了氨硫系统的环保效应。我们2009年11月对设备进行了更换,废锅使用寿命提高到5年,产生了很大的效益,我们的分析是符合实际的,改造是成功的。
参考文献
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煤气锅炉控制系统 篇5
杭州汽轮工程股份有限公司目前承接钢铁企业的煤气发电工程项目, 为提高整个发电效率, 在设计中考虑了锅炉后面增加煤气加热器及低压省煤器两种措施, 现通过2个具体项目实施中的设计思路给予介绍:a) 福建三安钢铁36.6 MW余能发电工程, 其中140 t/h高温高压煤气锅炉炉后加装煤气加热器;b) 云南永昌钢铁有限公司27 MW余能发电工程, 其中97 t/h高温高压煤气锅炉尾部烟道加装低压省煤器。从理论结合实际的角度对低压省煤器及煤气加热器两种方案进行主要的经济技术对比, 并提出相应系统优化方案。
1 提高锅炉效率措施
常规高炉煤气成分及热值范围变化不大, 取一组典型数据做代表, 如表1所示。
由于高炉煤气热值极低, 燃料消耗量大, 成分中含大量惰性气体, 燃烧生成的烟气量也大, 随烟气带走的热损失就很大, 因此要得到较高的热效率, 则必须降低锅炉排烟温度。高温高压锅炉给水温度常规为215℃, 烟气经过高压省煤器出口处必高于215℃, 为使水侧多吸收热量, 假设此处排烟温度为215℃;从高炉煤气成分表中可以看出, 主要燃烧成分为CO, 燃烧所需要O2量较小, 计算理论空气量为0.607Nm3/Nm3, 且热空气出口理论极限温度取215℃, 按此计算锅炉经过空气预热器后排烟温度降至约150℃, 上述温度已经是极限温度。从传热学角度看, 换热必须存在一定温差, 温差越小需要受热面越多, 越不经济。因此, 从理论上讲, 对于燃用低热值的高炉煤气, 在没有煤气加热器或低压省煤器的前提下, 对高温高压 (给水温度在215℃) 的锅炉而言, 即使花费再大的成本, 尾部布置成双烟道的情况下, 锅炉设计效率也很难再有提高[1]。
因此为使锅炉获得较高的性价比, 经热力计算及实际总结经验, 锅炉空预器出口排烟温度在180℃左右比较经济, 此时通过在炉后增加低压省煤器或煤气加热器等措施来降低排烟温度, 提高整个锅炉的热效率。
目前主流提高煤气锅炉效率方式为低压省煤器和煤气加热器两种, 以下分别介绍两种系统。
2 低压省煤器
2.1 系统简介
汽轮机凝结水的一部分 (约总凝结水量一半) 进入锅炉低压省煤器从40℃加热到130℃后送入除氧器, 相当于汽轮机少抽一部分蒸汽去低压加热器加热凝结水, 提高整个系统热效率。系统图见图1。
2.2 低压省煤器主要优点
低压省煤器成本低廉;占地面积较小, 一般直接布置在锅炉尾部烟道空气预热器后;整个工程初期投资造价较低。
2.3 低压省煤器主要缺点
低压省煤器受热面存在烟气酸露腐蚀, 且布置在烟道里面, 如发生管子漏水必须切断低压省煤器。
3 煤气加热器
3.1 煤气加热器原理
煤气加热器原理见图2。
此热管为重力式热管, 煤气和烟气为2个流程, 中间采用隔板完全隔断。上部为煤气侧, 下部为烟气侧。热管是一种密闭容器, 其基本组成为壳体、工作液。待壳体抽真空或煮真空后充入适量工作液 (通常采用二次蒸馏水+缓蚀剂) , 密闭壳体便构成一支热管。当热源对其一端供热时, 工作液自热源吸收热量而蒸发汽化, 携带潜热的蒸汽在压差作用下, 高速传输至壳体的另一端, 向冷源放出潜热而凝结, 凝结液在地球重力作用下从冷源端回流至热源端, 以保持连续的工作循环。
3.2 煤气加热器主要优点
a) 工作介质循环是依靠地球重力和压差作用, 无需外加动力, 无机械运行部件, 增加了设备的可靠性, 也极大地减少了运行费用;
b) 根据工艺要求, 可以进行顺、逆流混合布置, 适应较宽的温度范围;
c) 系统由众多热管组装而成, 各热管之间相互独立, 一根或几根热管损坏或失效不影响整个系统的安全运行, 只是换热器整体效率会略有降低。
3.3 煤气加热器主要缺点
a) 煤气加热器占地面积较大, 需单独布置在炉后;
b) 烟气侧阻力大, 增加引风机电耗。
4 主要经济比较
为方便比较, 需取同等条件作为前提进行比对:
a) 按同一规模机组:高温高压, 汽耗率按3.825kg/ (k W·h) , 蒸汽量140 t/h, 发电功率36 600 k W;
b) 机组利用小时数统一取8 000 h;
c) 锅炉统一煤气成分及热值。额定负荷下空气预热器出口烟气温度180℃, 此段锅炉效率86%;增加煤气加热器或低压省煤器后烟气出口温度140℃, 整体锅炉效率88%;
d) 无煤气加热器或低压省煤器时, 额定负荷下整个烟气侧阻力2 500 Pa, 引风机功率按400 k W;e) 上网电价统一:0.6元/ (k W·h) 。
现进行以下几方面数据比较:
a) 设备成本因素:根据杭州汽轮工程股份有限公司实际采购价格, 煤气加热器 (含安装) 按100×104元计;低压省煤器 (含安装) 按20×104元计;
b) 运行电耗因素:煤气加热器烟气侧阻力增加800 Pa;低压省煤器烟气侧阻力增加200 Pa。由此引起引风机电耗增加, 煤气加热器方案引风机功率增加128 k W;低压省煤器方案引风机功率增加32 k W。运行带煤气加热器系统厂用电耗相比低压省煤器系统成本增加 (128-32) ×8 000×0.6=46.1×104元/a;
c) 检修成本因素:煤气加热器正常无需检修, 一般可连续运行10 a。低压省煤器, 一般使用不超过2 a就要更换, 每次更换年限按1.5 a/次, 更换一次费用按设备费20×104元+拆装费用10×104元=30×104元, 即折合每年维修费用20×104元;
d) 事故影响因素:正常高炉运行时, 不是大事故不允许停炉, 正常安排高炉停炉时整体检修。针对此情况特殊性, 分两种情况说明:
(a) 低压省煤器出问题后, 一般会把低压省煤器切断停用。参考相关钢厂经验, 这种事故按1 a 1次计, 1次切断后运行时间按30 d计, 此时锅炉效率下降2%左右。按同等煤气量条件折算, 蒸发量为86÷88×140=136.8 t/h, 此时发电功率为35 765 k W, 30 d共计损失 (36 600-35 765) ×30×24×0.6=36.1×104元;
(b) 低压省煤器事故引起紧急停炉, 此时按1 d停机消除故障, 一天停机发电损失是36 600×24×0.6=52.7×104元。总结:按电厂10 a期折算每年成本比对:煤气加热器相对费用100÷10+46.1=56.1×104元;低压省煤器相对费用20÷10+20+36.1=58.1×104元或20÷10+20+52.7=74.7×104元。
5 系统优化
为解决低压省煤器低温腐蚀问题, 提高低压省煤器使用寿命。针对云南永昌钢铁有限公司27 MW余能发电工程进行了系统优化, 改进方式为:汽轮机凝结水经过2级低压加热器将凝结水加热至90℃, 在将全部凝结水引至锅炉低压省煤器加热至130℃后送入除氧器, 相当于省掉3#低压加热器 (见图3) 。
从锅炉酸露腐蚀考虑, 常规高炉煤气中S含量很少, 但钢厂大多要考虑掺烧焦炉煤气工况, 根据相关经验公式估算酸露点约为80℃~100℃[2]。
根据图3可看出凝结水温度提高至90℃时基本在腐蚀速度最慢的区域, 因此这种改进从理论上是可行的, 按照预计此方式可提高低压省煤器使用寿命至3 a~4 a。
6 结语
为更好地做到钢铁企业的可持续发展, 提高余能发电热效率将会给企业带来更大的经济效益。经过上述系统分析, 不难看出低压省煤器如果稳定运行, 则经济效益显著。建议目前针对30 MW等级以下煤气发电机组选择低压省煤器较为经济, 30 MW及以上等级煤气发电机组选择煤气加热器较为经济。望从以后的工程设计及实践中不断总结经验, 优化低压省煤器系统, 增加系统稳定性, 提高低压省煤器使用寿命, 这样可使企业减少设备成本和电耗成本, 更大程度增加经济效益。
参考文献
[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].第二版.北京:中国电力出版社, 2007.
浅谈高炉煤气锅炉的安装 篇6
施工准备: (1) 办理审批手续。 (2) 图纸会审。 (3) 方案编制。 (4) 焊接工艺评定及制定焊接工艺指导书。 (5) 施工人员资格审查。 (6) 技术交底。 (7) 施工机具及计量器具准备。 (8) 现场平面布置。
2 施工准备
施工前, 应向监检部门办理安装开工报告的批准手续;施工应熟悉图纸、说明书、标准、规范及施工方案, 做好技术交底和安全交底。
3 基础验收
基础施工单位必须提交中间交接, 测量记录, 施工技术资料。外观不得有裂纹、蜂窝、空洞、以及露筋等缺陷。
4 材料验收
所有锅炉材料进入现场, 按锅炉厂提供的供货清单清点到场材料的名称、型号、规格和数量;检查所有构件的外观质量, 如有损坏、锈蚀、焊缝表面缺陷, 应填入记录中。
5 钢架的安装
钢架在地面的组对, 对于各段已校正的立柱, 按图对立柱进行分类核对否符合设计要求。
立柱安装完毕后, 可安装炉顶的横梁, 右侧的钢梁, 以及前、后、右三侧的钢平台及斜梯、栏杆。
钢架安装一件, 找正一件。严禁在未找正好的构架上进行下一工序的安装。
6 锅筒以及集箱的安装
锅筒吊装前, 要进行外观等检查及校正工作。起吊时, 绳索不得挤压在管接头上。为使锅筒起吊平稳顺利, 当锅筒离开地面时稍停一段时间, 进行检查并找正锅筒横向水平度, 然后缓慢提升到安装位置。之后, 要严格进行找正, 找正项目及要求合格后, 锅筒与锅筒支座应按图纸要求进行焊接。
7 集箱安装
集箱检查, 应做好记录, 确认合格后, 方可吊装就位。将集箱的纵横中心线位置标定到集箱的两端部, 安装时对号入座。集箱的位置确定后, 对于有支座的集箱, 靠固定支座就位, 对于靠管排支撑或吊挂的集箱, 要采用临时支撑。
8 蒸发系统的安装
蒸发系统安装前检查管子的数量, 并进行分类及编号, 检查管子的质量, 在管束组检查中, 如发现有不符合规范要求的管束应随时校正, 经校正仍不合格的管子, 由制造厂更换。
9 省煤器安装
省煤器均是成片组件, 侧墙蒸发器在地面组焊, 只有予置蒸发器有一部分对口在高空进行。吊装就位后, 进行上下调整, 再架设支持架, 并按图装引出管的承重肋板。与此同时用扁钢密封穿管处留下的缺口。
1 0 密封装置的安装
锅炉的密封程度对锅炉的安全运行, 有很大的影响, 要求严实密封。所有现场的密封、焊接与水冷壁管片的安装同步进行, 安装时所有密封件要连续焊, 不能断焊;密封焊的工作要在水压试验之前完成。
1 1 进、出口烟道管的安装
进、出口烟道均采用不锈钢材料制造而成, 安装一定要对烟道的外形尺寸进行复核, 看其是否符合图纸的要求。
1 2 炉墙金属件安装
炉墙金属件主要包括检查门支架, 打焦门支架, 测量孔支架, 振打除灰装置支架以及抓钉。炉墙金属件的安装全部在地面安装, 在水冷壁管片测量合格后进行。
1 3 管道的安装
各主要受压部件安装完毕后, 再安装汽水连通管、下降管、本体管路以及阀门仪表等;管道的安装, 应让管道自然对准位置后焊接, 避免强制安装产生外部附加应力, 必要时对管子进行矫正, 再进行安装。
1 4 焊接工艺
焊接工业程序:施工准备、焊接工艺评定、焊接工艺规程、搭设临时工作棚、设备和材料的准备—焊件开坡口、组对、清理—定位焊—焊接—焊接检验—焊缝返修—返修后的检验。
焊缝的返修:受压的管道和管子的对接接头做探伤检查时, 发现不合格的缺陷, 要做抽查双倍数目的补充检查, 补充检查不合格, 则要对该焊工焊接的全部对接接头做探伤检查。
1 5 水压试验
水压试验的范围:受热面的全部受压元件及锅炉循环水管道、上水管道、蒸汽管道、排污管、仪表一次性受压管线及取样管线等。
水压试验的程序: (1) 阀门所处的开关位置合适, 如排气门应当开启, 压力表能投入使用, 进水系统阀门开启, 其他所有阀门应当关闭, 开启上水管道阀门, 向锅炉内缓慢上水, 上水时间为2h~3h即可。 (2) 在锅炉上水过程中, 应该随时检查排气门是否冒气, 如果发现汽包、过热器不冒气, 则应停止上水, 查明原因, 经处理后继续上水, 如排气门有水冒出, 已不再出现气泡时, 说明锅炉内的空气已全部排净, 应立即关闭排气门。 (3) 当锅炉水位计指示满水时, 通过汽包向过热器系统充水, 根据排气门位置的高低, 将先后跑水的排气门逐渐关闭后, 应停止上水。先进行一次锅炉全面预检查, 无滴水漏水现象, 并将膨胀指示器的数值记录下来。 (4) 如预检查结果没有无滴水漏水渗水现象, 在缓慢升压, 当升至0.3MPa~0.4MPa时应进行一次检查, 必要时可拧紧人孔、手孔和法兰等的螺栓。 (5) 在达到额定工作压力时, 暂停升压, 保持20min左右, 检查各部分应无漏水或变形等异常现象, 压力应保持不变, 各受压元件金属壁和焊缝上, 应无水珠和水雾, 胀口不应滴水珠。 (6) 工作压力下检查合格后, 继续升压至试验压力, 当达到试验压力后, 保压5min, 仔细检查各部位, 应无上述缺陷。
按《工业锅炉安装工程施工及验收规范》GB50273-98及《蒸汽锅炉监察规程》, 规定:试验压力为本锅炉汽包工作压力 (工作压力计算值1.49MPa) 的1.25倍, 即1.86MPa, ) 当分别升压至工作压力、试验压力时, 保持20min, 进行全面检查, 期间压力应保持不变;检查中受压元件金属壁和焊缝上, 应无水珠和水雾, 胀口不应滴水珠, 则认为水压试验合格。
16结语
煤气锅炉控制系统 篇7
本公司纯燃高炉煤气锅炉在2004年以前建设投产, 随着高炉采用大型化、富氧燃烧、降焦比、提高喷煤比等降低冶炼成本手段的实施, 高炉煤气热值逐渐下降, 原有的设计值为880×4.18kJ/m3, 目前只有800×4.18kJ/m3左右, 使得锅炉运行工况偏离设计参数。为满足高炉同步扩产后铁、钢冶炼平衡, 转炉装备水平也同步进行升级, 转炉煤气发生量相应增加, 造成富裕放散, 既浪费宝贵的二次能源又污染环境, 需通过提高回收率和增设净化措施对转炉煤气加以利用。
针对以上情况, 经过反复讨论研究, 提出在纯燃高炉煤气锅炉中掺烧转炉煤气的方案, 不仅能够解决高炉煤气热值偏低对锅炉运行经济性和安全性的影响, 而且可以打开转炉煤气的使用瓶颈, 解决转炉煤气放散污染环境的问题。
1 纯燃高炉煤气锅炉掺烧转炉煤气的可行性分析
高炉煤气中可燃成分主要是CO, 还含有少量H2和CH4, 不燃成分N2的占比在50%以上, 因此高炉煤气热值较低, 燃烧较为困难。为达到充分利用低热值二次能源的目的, 锅炉设计人员根据高炉煤气特点设计专门燃烧高炉煤气的锅炉生产蒸汽用于发电或拖动设备。
1.1 高炉煤气热值降低后对锅炉运行的影响
高炉煤气的着火温度约为600℃, 理论燃烧温度在1100~1300℃之间。如果热值偏低, 燃烧温度也降低, 炉膛温度达不到设计值, 煤气着火燃烧变得更加困难, 当燃烧速度低于煤气喷嘴出口流速时会引起脱火现象, 极易造成熄火, 引起锅炉停运, 甚至引发炉膛或尾部烟道爆炸的事故。
锅炉蒸发与过热受热面的换热比例是根据燃料种类设计的, 热值变化会引起换热比例变化, 造成锅炉流量和温度偏离设计值, 蒸发吸热比例上升会造成蒸发量上升、蒸汽温度下降, 反之引起锅炉蒸发量下降、蒸汽温度上升、承压部件超温以致锅炉爆管等现象发生。当煤气热值下降后, 炉膛温度下降, 水冷壁吸热量减少, 蒸发吸热比例降低, 锅炉负荷下降。因此为达到设计负荷, 需要增加高炉煤气量, 而高炉煤气中的N2和CO气体超过60%, 不但不参与燃烧, 还吸收可燃气体的燃烧热量, 温度升高后与烟气一起排出, 增加排烟损失, 使锅炉热效率下降;增加燃料量后烟气量也将提高炉膛出口及后部受热面的换热比例, 过热蒸汽温度上升, 超出减温器调节范围后将引起过热器管壁超温过热, 造成过热器爆管的事故。因此煤气热值下降后对锅炉的安全和经济运行都非常不利, 应采取手段加以解决。
1.2 掺烧转炉煤气的可行性
根据高炉煤气和转炉煤气的成分分析, 两种煤气的主要可燃成分为CO, 主要不燃成分为CO2和N2, 其热值的偏差主要是CO、CO2、N2三种成分的占比不同引起的。通过调节两种煤气的掺混比例, 可以控制可燃成分CO的占比在设计值范围内, 达到调节煤气热值满足原锅炉的设计要求。煤气成分数据如下表:
以下是本钢铁厂煤气成分典型值, 按照原锅炉设计热值为880×4.18Kj/m3为目标, 对掺混比例进行计算, 结果如表2。
根据表2可得出:高炉煤气掺烧一定比例的转炉煤气后, 煤气热值达到理论设计水平, 不可燃成分比例略微下降, 根据燃烧计算燃烧产物的体积与设计值偏差不大, 当煤气成分变化时, 掺混比例进行适当调整即可, 因此采用掺烧的方式在理论上是可行的。
2 高炉煤气锅炉掺烧转炉煤气的试验情况
通过对锅炉原有煤气管网进行改造以满足掺混的条件, 并通过掺混比例的调节, 跟踪分析锅炉参数变化, 得出最佳掺混范围, 指导实际运行操作。
2.1 锅炉煤气管道改造情况
为了达到掺混比例调节需要、两种煤气系统之间能够相互隔离、锅炉检修时能有效切断气源目的, 增设转炉煤气除尘系统并对现有煤气管网进行改造 (图1) 。图中转炉煤气部分为新增项目, 煤气总阀用于两种煤气的隔离, 调节阀用于调节转炉煤气的掺混量;此外还装设转炉煤气快切阀, 在两种煤气掺混前安装压力、流量等信号并在控制系统中设计联锁保护程序, 以便根据压力、流量波动时能够对转炉煤气加压风机运行参数进行调节或紧急启动煤气快切阀, 防止高炉煤气压力升高倒送至转炉煤气气柜, 引起煤气冲顶放散、设备损坏, 造成人员伤害。
2.2转炉煤气掺混比例调节和试验效果
公司一台65t/h纯燃高炉煤气锅炉作为改造试验设备, 当锅炉使用高炉煤气并处于稳定工况的情况下, 根据理论计算数据对转炉煤气掺烧量进行调节, 实时记录锅炉运行参数, 通过反复试验获得最佳掺混比例范围, 下表是不同掺混比例下锅炉运行参数的典型值 (保持煤气总量为63000m3/h) :
以上试验情况说明, 随着掺混比例上升, 锅炉出力逐步提高、当掺烧比例达30%时锅炉出力超过设计值, 同时锅炉蒸汽温度逐渐减低、减温水量逐渐减少, 这与理论分析相吻合, 试验取得了较好的效果, 掺烧比例范围在0%~30%之间。在运行中还对增加煤气总量的工况进行了试验, 保持转炉煤气风机满负荷运行 (输送量19000m3/h) , 增加高炉煤气使得煤气总量在66000m3/h, 这时锅炉负荷上升至70t/h, 减温水量在0.5t/h以内, 因此本次改造能够较好平衡高炉煤气峰值对管网压力的影响, 有利于减少煤气放散并保持管网的安全运行。
3结论
2013年底公司完成对煤气锅炉掺烧改造和试验, 锅炉平均出力较原来提高了5t/h以上, 增加了转炉煤气的使用手段, 为提高转炉煤气的回收利用率创造了有利条件。2014年1~4月累计使用转炉煤气5千万m3, 折合标煤1.24万吨, 为公司节能减排做出较大贡献。随着钢铁企业高炉冶炼降成本技术的使用, 煤气热值将走低, 而转炉煤气回收率则不断上升, 采用转炉煤气掺烧的方法可以解决两种煤气使用困境, 具有很好的推广价值。
摘要:钢铁联合企业一般都配置高炉煤气锅炉消耗高炉冶炼副产的煤气;本文针对高炉煤气热值降低和转炉煤气有所富余的情况, 对转炉煤气掺烧到高炉煤气锅炉的可行性进行分析并通过试验证明其效果。
关键词:锅炉,转炉煤气,掺烧,高炉煤气
参考文献
[1]赵振宁, 张清峰, 赵振宙.电站锅炉性能试验原理方法及计算[M].北京:中国电力出版社出版社, 2010.