BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制

  • BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制
   時間:2014-03-12 17:19:31
BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制簡介
[簡介]:本文介紹了BFG燃氣機組燃燒系統的組成,對其工藝原理進行分析,提出燃料系統的保護和調節控制設計方案。[摘要]:[關鍵詞]:BFG 燃氣機組燃……
BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制正文

[簡介]:本文介紹了BFG燃氣機組燃燒系統的組成,對其工藝原理進行分析,提出燃料系統的保護和調節控制設計方案。[摘要]:[關鍵詞]:BFG 燃氣機組燃燒系統 過程式控制制

一、概述
高爐煤氣(Blast Furnace Gas)簡稱BFG,分析了低熱值BFG作為燃料的聯合循環燃汽輪機的特點,採取的技術改造以及聯合循環系統經濟效益,表明了聯合循環發電機組不僅在節能、環保,而且在發電、供熱方面效益顯著。
是鍊鋼廠煉鐵生產環節中產生的一種副產品,其特點是熱值低,燃燒穩定性差,含含灰量大。過去傳統採用對空燃燒後排放掉,既不經濟也不環保。後來逐步過度到將BFG混入電廠燃煤機組中,代替一部分煤粉發電,但是仍然不能全部利用掉,以寶鋼為例,每天仍然需要幾十萬立方米每小時的BFG需要排放掉的熱值約有幾千千焦/立方米,雖比不上家用天然氣的含熱量,但一個大型的鋼鐵廠鍊鋼產生的高爐廢氣達到幾十萬立方米每小時。由於高爐煤氣數量多,熱值高,含有的CO等多種污染成分,不能直接排放到大氣中,原來多採用對空燃燒,白白浪費掉大量資源。通過建設燃氣機組,把BFG在鍋爐燃燒后的能量轉換為電能,在目前全社會都在講節能、環保而且煤價又高漲的情況下,可取得良好的經濟效益和社會效益。

二、設備的組成及原理
發電廠的汽機、發電機及其附屬設備均為常規設備,所有電廠基本上是容量不同,但配置大同小異,其作用是利用鍋爐加熱產生的蒸汽進入汽輪機,通過衝擊汽輪機葉片帶動汽輪機大軸旋轉,進而帶動發電機轉子旋轉切割磁力線,產生電量,蒸汽作功后溫度和壓力下降,通過汽機輔機系統冷凝回收、加壓、加熱后重新送給鍋爐,重複利用。本文不再展開介紹。本篇僅僅介紹鍋爐側BFG燃料系統。
作為主燃料,BFG系統設置3台50%容量高爐煤氣增壓風機。鍋爐左右牆對沖燃燒,燃燒器為共18個,分左右牆各三層對稱布置。微正壓燃燒(設置兩台50%容量送風機)。高爐煤氣設有一台管式預熱器,使用鍋爐排放煙氣將高爐煤氣加熱至250攝氏度。
系統設備的構成祥見BFG燃氣機組工藝流程及過程式控制製圖。下面將系統的組成設備及其在系統中的作用分述如下:


   BFG工藝流程及過程式控制制原理圖

1、BFG主管關閉設備
  主管關閉設備並列設計有兩個,主要起系統保護動作後起到快速關閉作用,同時因為閥門比較大,運行時為了避免BFG燃料泄漏,需要使用N2(氮氣)進行密封。
2.、BFG增壓風機
  BFG通過主管關閉設備后,由於供給壓力比較低,需要經過BFG增壓風機加壓后才能順利進入爐膛,增壓風機入口設計有入口調門,用來調節出口的BFG的流量,出口設計有出口電動門,用來在故障快速關斷燃料。
3、BFG預熱器
BFG經過加壓后,溫度還是比較低,進入爐膛后不容易燃燒,需要經過BFG預熱器,利用煙氣熱量對BFG在預熱器中進行預熱達到合適的溫度。如果BFG流量超過最大值,BFG過剩氣流在預熱器中進行旁路,然後重新混合。
4.、BFG燃燒器
  離開預熱器后,BFG進入兩個下降管,在燃燒器上方將BFG分成兩個收集管。帶有九個支線連接的兩個收集管為燃燒器供應BFG。
18個BFG噴嘴由支線進行供給,並且裝配有單獨的BFG流量測定裝置和流量控制擋板。除了控制擋板以外,每一個支線都有快速關閉閥。
5.、BFG熱值儀
BFG發熱量通過兩個發熱量測定設備確定。 因此可以確定點火系統 BFG燃燒器的熱容量並能設置助燃空氣流量,需要對供給的BFG燃料的熱值進行測量,設備配置了「CQ」熱值儀進行測量,位置在BFG預熱器前。
6.、送風機
  系統配置兩台送風機,加壓后經過空氣加熱器預熱,然後向爐膛提供風量,用以滿足整個爐膛燃燒工況的要求。

三.系統工作過程
詳見BFG工藝流程及過程式控制制原理圖。BFG的線路上有一個壓力(P1)和溫度(T1)修正測量裝置以補償BFG的的流量F。排流點下游供應線路被分成兩條線路。每一條線路配備有一個切斷擋板。
接下來BFG到達三個增壓風機。經過增壓後進入預熱器預熱,BFG預熱器上游的BFG發熱量通過兩個發熱量測定設備確定。 因此可以確定點火系統 BFG燃燒器的熱容量並能設置助燃空氣流量。鍋爐的BFG管線系統惰性由氮氣實現。連接器位於主管關閉設備的下游。
系統設計有適合用戶使用的壓縮空氣,對用氮氣惰化后管道進行清掃,方便進入。該連接器位於氮氣連接器後部。如果BFG流量超過最大值,BFG過剩氣流在預熱器中進行旁路,然後重新混合。
離開預熱器后,BFG進入兩個下降管,在燃燒器上方將BFG分成兩個收集管。帶有九個支線連接的兩個收集管為燃燒器供應BFG。此外在BFG系統設備停止期間有可能對兩個收集管排水。18個BFG噴嘴由支線進行供給,並且裝配有單獨的BFG流量測定裝置和流量控制擋板。除了控制擋板以外,每一個支線都有快速關斷閥。

四.工藝過程主要參數及干擾因素
 1、工藝過程主要參數
從過程圖可以看出,燃燒過程的主要參數是供給母管的壓力、和流量,BFG預熱器入口和出口壓力,BFG熱值含量,BFG進入爐膛燃燒前的溫度(T2、T3),BFG與爐膛差壓,爐膛壓力,每個燃燒器的BFG流量和配風量。
BFG母管流量和熱值是確定爐膛負荷的主要參數。在正常生產過程中,高爐煤氣BFG的熱值不是一個恆定值,為了維持爐膛負荷,需要通過調節BFG增壓風機入口開度來改變流量。
BFG供給母管壓力是保證燃料穩定燃燒的基礎。因為供給壓力過高,會危及管道安全;供給壓力過低,無法保證燃料和爐膛間有足夠的差壓,容易造成「回火」。
BFG預熱器入口和出口壓力是保證爐膛負荷穩定的直接指標,因為管道直徑是恆定的,預熱器出口壓力越高,進入爐膛的燃料量越多,爐膛熱負荷越高。壓力可以通過BFG增壓風機入口調節門來控制。
BFG進入爐膛燃燒前的溫度是保證燃料能夠正常燃燒的保護條件,因為燃料燃燒前必須加熱到一定溫度才能穩定燃燒,由於加熱是採用爐膛煙氣來加熱的,所以,爐膛一開始不能夠直接燃燒BFG,需要用油等其它燃料先把爐膛加熱,BFG溫度合適后才能投運主燃料BFG。
18個燃燒器的設計是相同的,只是布置的位置不同,每個燃燒器管線上都布置有BFG流量測量裝置,用來測量BFG流量,計算出每個燃燒器負荷,如果單個燃燒器負荷過大會燒壞設備的。
燃燒器配置的風量。每個燃燒器都配置有一個專門提供風量的管道,以滿足燃料正常燃燒,風量過低會導致燃料燃燒不充分,爐膛有爆炸的危險。
2、工藝過程的主要干擾因素
 從示意圖中可以看出,整個BFG燃燒過程的核心是控制燃料的供應壓力、流量,測出BFG的熱值和控制配風量。BFG增壓風機的出口壓力和流量存在著一定的關係,一般壓力升高,流量會增大。燃燒器風量和燃燒器BFG流量存在限制關係,風/燃比是個重要的參數,它是保證燃料安全充分燃燒的前提。為保證時時合格的風/燃比,需要加負荷前先加風,減負荷前先減燃料。BFG的熱值必須及時準確的測量出來,才能計算出進入爐膛的能量。現將影響BFG燃氣機組的穩定運行的主要外部擾動因素分述如下:
2.1  BFG熱值的變化對鍋爐負荷的影響
在生產過程中,BFG的熱值是不斷變化的,在機組負荷相對固定的情況下,由於進入爐膛的能量等於BFG熱值和流量的乘積,所以BFG熱值需要及時測量出來,以對BFG流量進行相應調整。
假定在爐膛能量需求不動的情況下,BFG的熱值由於外部擾動作用升高,由於燃燒器燃燒的BFG流量並沒有減少,所以進入爐膛的能量必然會升高,偏離需求值,為了重新達到動態平衡,需要關小燃料的調節檔板,減少燃料流量。同理,在爐膛能量需求不變的情況下,BFG的熱值如果變小,就需要開大燃料的調節檔板,增大燃料量。
2.2  BFG燃料壓力的變化對鍋爐負荷的影響
BFG燃料壓力變化的擾動原因主要可分為兩部分:供給壓力擾動和爐膛壓力擾動。
BFG風機入口檔板主要是控制BFG預熱器出口壓力,由於BFG供給壓力波動會導致增壓風機出口壓力發生波動,進而影響BFG預熱器出口壓力,擾動進入爐膛的燃料量,所以BFG增壓風機入口調門需要進行相應調整,來消除擾動,維持母管壓力穩定。
爐膛壓力波動稱為內部擾動。由於爐膛處於正壓運行狀態,BFG燃料要想進入爐膛,其壓力必須要大於爐膛壓力,也就是BFG和爐膛間必須要形成一定的差壓。爐膛壓力主要是由進入爐膛的燃料和風在一起燃燒形成的,當風量由於某種原因發生波動時,很快會傳遞給爐膛壓力,在燃料壓力不變的情況下,BFG和爐膛的差壓會發生變化,進而影響進入爐膛的燃料速度。
2.3  風量的變化對鍋爐負荷的影響
   鍋爐設計有兩台送風機,自然風經過風機壓縮後進入空氣預熱器加熱,因為一方面冷風不容易燃燒,另一方面燃料燃燒后形成的煙氣溫度還是很高,直接排入大氣會造成大量的浪費,所以用來對送風機出口的風量進行加熱。通過測量燃料的熱值和流量,可以計算出燃燒需要的風量。運行中如果風量減少,燃料必須立即減少,以保證燃料能充分燃燒。

五 系統控制方案及工作過程
我們知道,燃氣機組正常運行首先是要保證安全,其次是穩定。這裡面對控制系統就提出了兩個要求,一是保護系統的動作要快速、準確、到位,二是調節系統要充分適應各種運行工況,即魯棒性強,減少運行人員負擔,為機組穩定運行提供技術保證。這裡的保護系統不但指整個機組的安全保證,也指系統內比如燃料供應系統、送風機等眾多輔機等的安全,本文著重介紹BFG代表的燃料系統的保護和調節控制設計。
1 BFG的置換
很明顯,管道在投運使用前,裡面肯定充滿了空氣,BFG在投運前必須要先經過管道才能進入爐膛,這裡面就有個問題,BFG是含熱量比較高的可燃性氣體,遇見空氣很容易發生爆炸(在爐膛內和空氣混合燃燒是正常的)。為了避免這種情況,系統設計了置換用的N2,因為N2是惰性氣體,和BFG接觸就沒有問題,設計是這樣的,在BFG母管快關閥之後設計有置換用N2管道,如圖所示,在BFG使用前,首先用N2充入管道系統,趕走裡面的空氣,這個過程比較慢,需要幾個小時,結束后管道內部就充滿了N2,然後再開快關門放入BFG,這樣就不會發生爆炸了。
2 BFG的密封
從圖中可以看出,BFG母管上的兩個快關閥是整個系統安全的重要屏障,系統一旦出現問題,就需要馬上切斷燃料,正常狀態下,關斷閥前一直是充滿BFG燃料的,BFG是一種有毒的氣體,一旦泄露會使人窒息甚至危及人的生命。為了避免BFG從快關門中泄漏,系統在閥門上設計了密封用N2管道,並設計有壓力開關測點,一旦密封用壓力出現問題,及時報警並切斷BFG的供應確保BFG安全。由於密封用N2壓力高於BFG壓力,所以可以避免BFG以外泄漏。
3 BFG的低壓保護
前面已經提到,BFG在通過增壓風機加壓后,直接進入預熱器預熱到一定溫度后才能進入爐膛燃燒,根據「熱脹冷縮」的原理,在BFG質量不變的情況下,由於溫度升高,BFG的體積會增大,這在燃料正常燃燒中沒有問題,但是在BFG退出運行或者BFG系統保護動作的情況下就會出現以下問題:BFG停止後續供應,介與爐膛和BFG預熱器間的管道內的BFG溫度會越來越低,體積越來越小,相對大氣會形成真空,這樣管道四周的空氣如果滲透到BFG管道中,也容易發生爆炸,為避免這種狀態發生,在BFG預熱器後設計了N2防真空保護系統,一旦發生BFG管道壓力降低,立即充入惰性的N2,確保管道壓力穩定。
4 BFG的壓力調節
BFG增壓風機的入口調門主要是用來調節出口壓力保持相對穩定,因為出口壓力並不是一個固定值,隨著鍋爐負荷的提高,需要的BFG量會增加,出口壓力也需要相應的提高。但是在某個固定的工況下比如BFG流量需求不變的情況下,BFG增壓風機的出口壓力要求是固定的。這裡面的擾動主要有幾個,即母管供給壓力波動、BFG熱值出現波動和BFG需求量出現變化,前兩項屬於外部擾動,後面一項屬於內部擾動,無論那種情況出現,壓力調節系統都要及時正確的作出反應,是BFG壓力重新達到動態平衡。
5 BFG流量的調節
前面已經指出,BFG燃燒系統配置有18個相同的燃燒器,每個燃燒器上配置有一個流量測量裝置和和一個流量調節門,用來控制燃燒器負荷。流量調節門設計有快關功能,以滿足快速切斷燃料的保護需要,當BFG的熱值發生波動或者BFG和爐膛的差壓發生變化時,都會影響到燃燒器的負荷,需要調節門及時正確的調節,以克服擾動。另外,為保證BFG充分的燃燒,BFG燃料調節控制方案需要按照做如下設計:加負荷前必須先加風才能加BFG,減負荷前必須先減BFG后才能減風。
6 系統風量調節
鍋爐在每次投雲運前,都要先將爐膛內部可能存在的燃料吹掃乾淨,以避免在點火階段燃料聚集,發生爆炸,吹掃方法是用足夠的風量將全爐膛吹掃一定時間,吹掃需要所有風門全部打開投入使用,確保不留吹掃死角。系統為每個燃燒器都配置一個風量風量調節門,風量管道上設計有風量測量裝置,確保配風準確、可靠。在鍋爐煙道的尾部設計有氧量測量裝置,如果發現煙氣中含氧量下降,就代表風量不夠,需要加風,氧量主要起矯正作用,風量的需要量主要靠計算燃料量而得。

六 結語
  從上面分析可以看出,BFG燃氣機組是十分經濟的,可以避免鋼廠大量能源浪費,又可以有主於緩解目前電量緊張的局面。通過以上保護控制系統和調節控制系統的設計,可以確保BFG安全穩定的燃燒,經過實際檢驗,是全面可靠的。

[BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制],你可能也喜歡

  • 機械原理自鎖螺紋
  • 機械原理螺紋
  • 機械錶原理圖解
  • 機械增壓原理圖解
  • 圖解式機械原理概要
  • 和圖程式
  • 漸開線方程式
  • 圖形控制程式設計
  • 圖形控制程式
  • autolisp程式
  • led跑馬燈字幕機組裝
  • led字幕機組裝套件
  • 氫氣燃燒
  • iveco發電機組
  • 柴油引擎發電機組
  • 大同發電機組
  • 提高燃燒效率
  • hho燃燒設備
  • vw 1燃燒測試設備
  • 廢氣燃燒設備
  • 燃氣熱水器承裝業
  • 即熱式燃氣熱水器
  • 燃氣熱水器複訓
  • 燃氣熱水器技術士
  • 燃氣熱水器宣導
Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “BFG燃氣機組燃燒系統工藝原理分析及過程式控制制