CN213983511U - 燃多种气体燃料的汽包锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃多种气体燃料的汽包锅炉，包括主体、过热器和多个燃气燃烧器，主体包括炉膛和出口窗，出口窗与炉膛连通，过热器位于出口窗处，在燃气燃烧器背离出口窗的方向上依次布置至少两种燃气燃烧器，两种燃气燃烧器分别适应于不同发热量的燃气。本实用新型公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉通过多个燃气燃烧器的配合，针对燃用不同气体时锅炉蒸发和过热吸热需求，既可满足锅炉汽温要求，同时保证受热面不超温，保证锅炉安全稳定运行。

Description

燃多种气体燃料的汽包锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种汽包锅炉，尤其是一种燃多种气体燃料的汽包锅炉。

背景技术

钢铁企业生产过程中会产生的大量工业尾气(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等)，由于煤气气源压力不稳定，不适宜远距离输送或用作城市生活煤气，通常只能在钢铁企业内部转换利用。为提高资源利用率，一般转换利用方式是送入锅炉燃烧产生蒸汽或发电。由于在冶炼、化工工艺过程中会有多种工业尾气产生(高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气等)，这些气体的发热量等特性差异较大，且在不同时段不同气体的比例会发生波动，当这种波动剧烈时锅炉内烟温和烟气量变化很大时，将会显著改变锅炉各受热面吸热比例。对于带汽包的锅炉，当出现辐射吸热和对流吸热不匹配时，有可能造成受热面超温或达不到参数，影响机组正常运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种燃多种气体燃料的汽包锅炉，以改善现有的汽包锅炉将工业尾气混合处理，容易出现辐射吸热和对流吸热不匹配，进而影响机组正常运行的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型公开了一种燃多种气体燃料的汽包锅炉，包括主体、过热器和多个燃气燃烧器，所述主体包括炉膛和出口窗，所述出口窗与所述炉膛连通，所述过热器位于所述出口窗处，在所述燃气燃烧器背离所述出口窗的方向上依次布置至少两种所述燃气燃烧器，两种所述燃气燃烧器分别适应于不同发热量的燃气。

在所述主体上布置有三种所述燃气燃烧器，分别为低热值燃气燃烧器、中热值燃气燃烧器以及高热值燃气燃烧器，所述高热值燃气燃烧器、所述中热值燃气燃烧器和所述低热值燃气燃烧器沿远离所述出口窗的方向依次布置。

所述出口窗位于所述炉膛的第一端，所述出口窗与所述炉膛的第二端的距离为H，所述高热值燃气燃烧器与所述出口窗之间的距离为H3＝0.64～0.72H，所述中热值燃气燃烧器与所述出口窗之间的距离为H2＝0.76～0.84H，所述低热值燃气燃烧器与所述出口窗之间的距离为H1＝0.88～0.96H。

所述主体包括侧面水冷壁、底部水冷壁和顶棚，所述侧面水冷壁绕所述底部水冷壁呈环状，所述顶棚与所诉底部水冷壁相对设置，所述侧面水冷壁、所述底部水冷壁和所述顶棚围成所述炉膛，所述出口窗位于所述侧面水冷壁，多个所述燃烧器均安装于所述侧面水冷壁。

所述侧面水冷壁设置为四个，四个所述侧面水冷壁围成一个长方体。

所述高热值燃气燃烧器、所述中热值燃气燃烧器和所述低热值燃气燃烧器均位于同一侧面水冷壁上。

所述高热值燃气燃烧器设置为两个，两个所述高热值燃气燃烧器分别设置于相对的两个侧面水冷壁上；所述中热值燃气燃烧器设置为两个，两个所述中热值燃气燃烧器分别设置于相对的两个侧面水冷壁上；所述低热值燃气燃烧器设置为两个，两个所述低热值燃气燃烧器分别设置于相对的两个侧面水冷壁上。

所述主体在所述出口窗处设置有折焰角。

所述燃多种气体燃料的汽包锅炉还包括燃尽风组件，所述燃尽风组件安装于所述主体，所述燃尽风组件的输出端伸入所述炉膛内，且所述燃尽风组件位于所述出口窗和所述燃气燃烧器之间。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉设置有多个燃气燃烧器，可以利用多个燃气燃烧器来控制不同燃料投运时蒸发吸热与对流吸热比例变化，低热值气体燃烧温度低、炉膛辐射换热能力差、烟气量大、对流换热能力强，其燃烧器布置在炉膛背离出口窗的一端，以保证炉膛足够吸热以满足蒸发吸热的需求，同时降低炉膛出口窗处的烟温，减少对流吸热，避免受热面超温；中、高热值气体燃烧温度高、辐射换热能力强、烟气量小、对流换热能力弱，其燃烧器布置在炉膛靠近出口窗的位置，在满足蒸发吸热同时，提高炉膛出口烟温，增强对流吸热，保证过热吸热需求；本实用新型公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉通过多个燃气燃烧器的配合，针对燃用不同气体时锅炉蒸发和过热吸热需求，既可满足锅炉汽温要求，同时保证受热面不超温，保证锅炉安全稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例公开的立式燃多种气体燃料的汽包锅炉的示意图；

图2是本实用新型实施例公开的卧式燃多种气体燃料的汽包锅炉的示意图；

图3是本实用新型实施例公开的主体的示意图。

图中标记为：

100-主体；110-侧面水冷壁；120-底部水冷壁；130-顶棚；140-炉膛；150-出口窗；160-折焰角；200-过热器；300-燃气燃烧器；310-高热值燃气燃烧器；320-中热值燃气燃烧器；330-低热值燃气燃烧器；400-燃尽风组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例：

如图1至图3所示，本实用新型实施例公开了燃多种气体燃料的汽包锅炉，包括主体100、过热器200和多个燃气燃烧器300，主体100包括炉膛140和出口窗150，出口窗150与炉膛140连通，过热器200安装于主体100，且过热器200位于出口窗150处，多个燃气燃烧器300在主体100上依次布置，在燃气燃烧器300背离出口窗150的方向上依次布置至少两种燃气燃烧器300，两种燃气燃烧器300分别适应于不同发热量的燃气，且越靠近出口窗150的燃气燃烧器300的低位发热量越高，燃气燃烧器300的输出端伸入炉膛140内。

本实施例公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉设置有多个燃气燃烧器300，可以利用多个燃气燃烧器300来控制不同燃料投运时蒸发吸热与对流吸热比例变化，低热值气体燃烧温度低、炉膛140辐射换热能力差、烟气量大、对流换热能力强，其燃烧器布置在炉膛140背离出口窗150的一端，以保证炉膛140足够吸热以满足蒸发吸热的需求，同时降低炉膛140出口窗150处的烟温，减少对流吸热，避免受热面超温；中、高热值气体燃烧温度高、辐射换热能力强、烟气量小、对流换热能力弱，其燃烧器布置在炉膛140靠近出口窗150的位置，在满足蒸发吸热同时，提高炉膛140出口烟温，增强对流吸热，保证过热吸热需求；本实用新型公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉通过多个燃气燃烧器300的配合，针对燃用不同气体时锅炉蒸发和过热吸热需求，既可满足锅炉汽温要求，同时保证受热面不超温，保证锅炉安全稳定运行。

本实施例公开的燃多种气体燃料的汽包锅炉可以是立式也可以是卧式，立式燃多种气体燃料的汽包锅炉上的多个燃气燃烧器300沿主体100的高度方向布置，卧式的燃多种气体燃料的汽包锅炉上的多个燃气燃烧器300沿主体100的长度方向布置。

立式燃多种气体燃料的汽包锅炉与卧式燃多种气体燃料的汽包锅炉的工作原理相同，本实施例以立式燃多种气体燃料的汽包锅炉为例进行说明。

其中，主体100可以包括侧面水冷壁110、底部水冷壁120和顶棚130，侧面水冷壁110绕底部水冷壁120呈环状，顶棚130与所诉底部水冷壁120相对设置，侧面水冷壁110、底部水冷壁120和顶棚130围成炉膛140，出口窗150位于侧面水冷壁110，多个燃烧器均安装于侧面水冷壁110。

进一步地，可以将侧面水冷壁110设置为四个，且四个侧面水冷壁110均呈板状，四个侧面水冷壁110的侧边首尾相连，形成长方体结构。横截面呈矩形的炉膛140能让工业尾气的流动更加顺畅，同时，在安装和设置燃气燃烧器300以及出口窗150时更加的方便，令出口窗150处的气体更加集中。

在本实施例的一些实施方式中，可以在主体100上安装三种燃气燃烧器300，这三种燃气燃烧器300分别为低热值燃气燃烧器330、中热值燃气燃烧器320以及高热值燃气燃烧器310，所述高热值燃气燃烧器310、所述中热值燃气燃烧器320和所述低热值燃气燃烧器330沿远离所述出口窗150的方向依次布置。在主体100上设置三种燃气燃烧器300后已经能够很好的对工业尾气进行处理，且在工业尾气燃烧时，已经可以满足锅炉的温度要求以及保证锅炉的受热面不会超温。当然，将燃气燃烧器300设置为三种，呈三种梯度只是本实施例的一种实施方式，在其他的实施方式中，设置更多种类的燃气燃烧器300来对不同热值的气体进行燃烧也是可以的。

其中，多种燃气燃烧器300可以设置在同一个侧面水冷壁110上，同时，还可以将各个种类的燃气燃烧器300均设置为两个，同一种类的两个燃气燃烧器300分别设置在相对的两个侧面水冷壁110上。例如，当燃气燃烧器300设置为三种时，可以分别设置两个高热值燃气燃烧器310、两个中热值燃气燃烧器320和两个低热值燃气燃烧器330，然后将他们分为两组，每组包括一个高热值燃气燃烧器310、一个中热值燃气燃烧器320和一个低热值燃气燃烧器330，两组相对设置，且两个高热值燃气燃烧器310相对设置，两个中热值燃气燃烧器320相对设置，两个低热值燃气燃烧器330相对设置，这样可以进一步提升对工业气体的处理效果。

在安装燃气燃烧器300时，需要让不同种类的燃气燃烧器300间隔设置，例如，当设置三个燃气燃烧器300时，高热值燃气燃烧器310、中热值燃气燃烧器320和低热值燃气燃烧器330沿主体100的高度方向间隔设置，令出口窗150与炉膛140的第二端的距离为H，高热值燃气燃烧器310与出口窗150之间的距离为H3＝0.64～0.72H，中热值燃气燃烧器320与出口窗150之间的距离为H2＝0.76～0.84H，低热值燃气燃烧器330与出口窗150之间的距离为H1＝0.88～0.96H。这样可以让各个不同的燃气燃烧器300充分工作，将工业气体中相应的热值气体燃烧的更加彻底。

在本实施例的一些实施方式中，还可以在主体100上设置折焰角160，该折焰角160位于出口窗150下方，利用折焰角160可以增加水平烟道的长度，因折焰角160是向炉内延伸的，相当于增加了水平烟道1个折焰角160的长度，这样，就可在不增加锅炉深度的前提下，布置更多的过热器200受热面；同时，折焰角160还可以令对屏式过热器200的纵、横向冲刷，变为横向冲刷，提高了对流传热的效果；此外，折焰角160还可以提高烟气在炉膛140中的充满度，以使烟气沿燃烧室高度方向的分布趋向均匀，令炉膛140前上部水冷壁与顶棚130过热器200的吸热量增加。

在本实施例的一些实施方式中，还可以在主体100上安装一个燃尽风组件，燃尽风组件400的输出端伸入炉膛140内，且燃尽风组件400位于出口窗150和燃气燃烧器300之间，燃尽风组件400可以形成燃尽风，这样可以减少炉膛140在出口窗150处NOx排放量。

具体的，以某钢铁厂100MW煤气锅炉为例进行说明，该钢铁厂的燃料为典型的钢铁企业工业尾气，主要有高炉煤气BFG、转炉煤气LDG及焦炉煤气COG三种，成分、热值如下：

由于钢铁企业工业尾气生产过程存在不确定性，因此煤气锅炉的各种燃料比例存在很大变化，既要求100％纯燃高炉煤气，同时还要求兼顾掺烧转炉煤气和焦炉煤气，其中焦炉煤气最大掺烧比例达到70％。

锅炉设计及校核工况燃料比例为：

设计工况：62％高炉煤气+38％焦炉煤气(热值比)；

校核工况1：100％高炉煤气；

校核工况2：55％高炉煤气+15％转炉煤气+30％焦炉煤气(热值比)

校核工况3：30％高炉煤气+70％焦炉煤气(热值比)；

三种工业尾气的气体特点：

高炉煤气：

高炉煤气中主要可燃成分为CO，本项目CO占比只有25.8％左右，其余主要是N2和CO2，其主要燃烧和换热特性如下：

高炉煤气稳燃性能较差。高炉煤气中可燃成分少、热值低，火焰温度不高，理论燃烧温度：1100℃(室温)～1300℃，锅炉炉膛温度低，燃烧时易出现不稳定、脱火等问题；

由于火焰温度低，火焰黑度小，辐射能力比燃煤弱，锅炉炉膛辐射换热能力较差，通常需要采用较大的炉膛设计来保证足够的蒸发吸热；

高炉煤气燃烧产生烟气量大，单位发热量的烟气量是烟煤的1.6～1.8倍，高炉煤气锅炉对流换热能力强。

转炉煤气：

转炉煤气中主要可燃成分为CO，占比高于高炉煤气，热值也比高炉煤气高1倍左右，因此转炉煤气的燃烧特性略好于高炉煤气，属于中低热值气体，总体上接近高炉煤气，因此通常与高炉煤气混合后一起进入锅炉燃烧，也可单独燃烧器燃烧。

焦炉煤气：

焦炉煤气中主要可燃成分为H2和CH4，燃料热值较高，属于易燃煤气，理论燃烧温度可到1800℃左右，与高炉煤气相比，焦炉煤气稳燃特性好，炉内辐射换热能力强，蒸发吸热较强，燃烧产生的烟气量小，对流换热能力较弱。

随着锅炉负荷的降低，炉膛出口烟气温度降低，烟气量降低，对流换热降低，可能出现蒸汽温度不足的情况，锅炉可采用较小的炉膛来减少辐射吸热，可设计较高的炉膛出口烟温来保证对流换热能力。

从上述来看，锅炉燃用的各种气体燃料成分差异较大，其热值、燃烧特性、辐射对流特性等均有较大差异。根据燃料情况，本实施例的实施方式采用了不同燃气燃烧器分层分区布置方式：在本实施方式中，炉膛高度约30m，根据不通燃气及吸热需要，将低热值高炉煤气放置在炉膛下部，其中转炉煤气混入高炉煤气一起送入，共设置前后墙各两层高炉煤气燃烧器；焦炉煤气放置在炉膛上部，前后墙各一层；为降低炉膛出口NOx排放，在炉膛最上部设置一层燃尽风。

通过上述布置方式，锅炉全烧高炉煤气时投运下部燃烧器，满足汽温需要，同时受热面不超温；大比例燃烧焦炉煤气时投运上部燃烧器，火焰中心靠上，可满足炉膛吸热需要，以达到锅炉额定汽温。

Claims (9)

1.燃多种气体燃料的汽包锅炉，包括主体(100)、过热器(200)和多个燃气燃烧器(300)，所述主体(100)包括炉膛(140)和出口窗(150)，所述出口窗(150)与所述炉膛(140)连通，所述过热器(200)位于所述出口窗(150)处，其特征在于，在所述燃气燃烧器(300)背离所述出口窗(150)的方向上依次布置至少两种所述燃气燃烧器(300)，两种所述燃气燃烧器(300)分别适应于不同发热量的燃气。

2.根据权利要求1所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，在所述主体(100)上布置有三种所述燃气燃烧器(300)，分别为低热值燃气燃烧器(330)、中热值燃气燃烧器(320)以及高热值燃气燃烧器(310)，所述高热值燃气燃烧器(310)、所述中热值燃气燃烧器(320)和所述低热值燃气燃烧器(330)沿远离所述出口窗(150)的方向依次布置。

3.根据权利要求2所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述出口窗(150)位于所述炉膛(140)的第一端，所述出口窗(150)与所述炉膛(140)的第二端的距离为H，所述高热值燃气燃烧器(310)与所述出口窗(150)之间的距离为H3＝0.64～0.72H，所述中热值燃气燃烧器(320)与所述出口窗(150)之间的距离为H2＝0.76～0.84H，所述低热值燃气燃烧器(330)与所述出口窗(150)之间的距离为H1＝0.88～0.96H。

4.根据权利要求2所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述主体(100)包括侧面水冷壁(110)、底部水冷壁(120)和顶棚(130)，所述侧面水冷壁(110)绕所述底部水冷壁(120)呈环状，所述顶棚(130)与所诉底部水冷壁(120)相对设置，所述侧面水冷壁(110)、所述底部水冷壁(120)和所述顶棚(130)围成所述炉膛(140)，所述出口窗(150)位于所述侧面水冷壁(110)，多个所述燃烧器均安装于所述侧面水冷壁(110)。

5.根据权利要求4所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述侧面水冷壁(110)设置为四个，四个所述侧面水冷壁(110)围成一个长方体。

6.根据权利要求5所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述高热值燃气燃烧器(310)、所述中热值燃气燃烧器(320)和所述低热值燃气燃烧器(330)均位于同一侧面水冷壁(110)上。

7.根据权利要求6所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述高热值燃气燃烧器(310)设置为两个，两个所述高热值燃气燃烧器(310)分别设置于相对的两个侧面水冷壁(110)上；所述中热值燃气燃烧器(320)设置为两个，两个所述中热值燃气燃烧器(320)分别设置于相对的两个侧面水冷壁(110)上；所述低热值燃气燃烧器(330)设置为两个，两个所述低热值燃气燃烧器(330)分别设置于相对的两个侧面水冷壁(110)上。

8.根据权利要求1所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述主体(100)在所述出口窗(150)处设置有折焰角(160)。

9.根据权利要求1所述的燃多种气体燃料的汽包锅炉，其特征在于，所述燃多种气体燃料的汽包锅炉还包括燃尽风组件(400)，所述燃尽风组件(400)安装于所述主体(100)，所述燃尽风组件(400)的输出端伸入所述炉膛(140)内，且所述燃尽风组件(400)位于所述出口窗(150)和所述燃气燃烧器(300)之间。

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