煤气锅炉点火前炉膛可燃气体监测探索
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摘 要：在钢铁企业生产过程中，副产煤气是一种气体能源，被企业再循环利用，主要作为加热炉和锅炉的燃料，以某钢铁企业110t/h煤气锅炉为例，对煤气锅炉点火前炉膛可燃气体监测数值计算进行了探索分析，推研监测数值允许范围。为避免事故的发生，有效降低和避免危险，现在以某钢铁企业110t/h煤气锅炉为例，就煤气锅炉点火前炉膛可燃气体监测及应用做进一步探索，希望能在这一领域取得进展。
关键词：煤气锅炉 机组 技术参数 可燃气体 监测
中图分类号：TU822 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0132-02
在钢铁企业生产过程中，副产煤气是一种气体能源，被企业再循环利用，主要作为加热炉和锅炉的燃料，因为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气的成分和热值差异较大，所以混合成各种配比的煤气，可以满足各种工况不同热值的需求，在钢铁企业利用效率进一步提高。但是在使用煤气作为燃料的窑炉点火时存在一定危险性，出现过窑炉点火爆燃或爆炸事故，事故结果一般不可承受。
1 煤气锅炉机组概况
110t/h煤气锅炉为自然循环锅炉，采用H型布置，单锅筒、前吊后支结构。由锅筒、锅筒内部装置、水管系统、过热器、省煤器、空气预热器、钢架、炉墙附件、平台扶梯、刚性梁、护板、蓄热稳燃装置、密封系统、管路布置和燃烧器等主要部件组成。省煤器和空气预热器各为两级，交替布置，空气预热器为管式，构架采用钢结构，尾部为叠置式结构，按7级地震烈度设计，锅筒内部采用旋风分离器进行一次汽水分离，过热蒸汽温度的控制采用给水喷水减温装置。炉膛采用膜式水冷壁，供水采用集中下降管，平台为栅格结构。
2 煤气锅炉的技术参数
2.1 主要参数
该煤气锅炉主要技术参数（见表1）：额定蒸发量110t/h，额定蒸汽压力6.87MPa，计算燃料消耗量（高炉煤气）100160 NMm3/h，燃料喷嘴容量（单个）11670kW。
2.2 燃烧设备
110t/h煤气锅炉炉膛宽度6080mm，深度6080mm，出口烟温747.7℃，8只双旋流式燃烧器在炉膛四角布置。煤气锅炉燃烧设备及参数（见表2）。
2.3 设计燃料特性
本锅炉设计燃料为高炉煤气和焦炉煤气混燃，其组成为70%～100%的高炉煤气和0%～30%的焦炉煤气。燃烧器前煤气压力不低于2000Pa，煤气锅炉设计燃料特性（见表3）。
2.4 各燃料成分（體积比）
燃料的成分比对燃烧特性影响较大，特别是对爆炸极限的影响，在实际操作中，要对煤气进行取样化验，进行煤气成分全分析，并煤气标准成分对比（见表4、表5）。
3 煤气锅炉点火前炉膛可燃气体监测数值计算
本文中煤气锅炉点火前炉膛可燃气体监测数值计算前提是先使用焦炉煤气对锅炉进行点火，点火成功后缓慢开启高炉煤气阀门，点燃高炉煤气，使煤气在炉膛稳定燃烧。
《化学品生产单位动火作业安全规范》（AQ3022-2008）第6.5 动火分析合格判定：“当被测气体或蒸气的爆炸下限大于等于4%时，其被测浓度应不大于0.5%（体积百分数）;当被测气体或蒸气的爆炸下限小于4%时，其被测浓度应不大于0.2%（体积百分数）。”
3.1 燃料爆炸极限
（1）焦炉煤气：净化后的焦炉煤气是无色、有臭味、有毒的易燃易爆气体，比重0.3623，热值16800～18900kJ/m3，着火温度550℃～650℃，爆炸极限4.5%～35.8%，理论燃烧温度2150℃左右。
（2）高炉煤气：高炉煤气是无色、无味、有毒的易燃易爆气体，比重0.9～1.1，热值3349～4187kJ/m3，理论燃烧温度1500℃左右，着火温度730℃左右，爆炸极限30.8%～89.5%。
（3）氢（H2）的爆炸极限为4.1%～74%。
（4）甲烷（CH4）爆炸极限5%～15%。
3.2 煤气锅炉点火炉膛可燃气体检测判定方法推研
（1）按“被测气体或蒸气的爆炸下限大于等于4%时，其被测浓度应不大于0.5%（体积百分数）”执行;按照使用焦炉煤气先点火，选用焦炉煤气中主要可燃烧成分CO、H2、CH4计算检测值。
①CO应不大于250ppm，计算公式0.5%*5%=0.025%
②H2应不大于2750ppm，计算公式0.5%*55%=0.275%
③CH4应不大于1150ppm，计算公式0.5%*23%=0.115%
（2）因借鉴标准为动火规范，非点火规范，区别之处在是否可靠切断，点火前检测为非可靠切断状态，存在向炉膛泄漏的可能性。为此设定一个安全系数为0.8（系数同时考虑炉膛负压、温度、湿度、测量位置、微量泄漏等影响）。
3.3 煤气锅炉使用焦炉煤气点火炉膛可燃气体检测判定
（1）检测值确定。
①CO应不大于200ppm，计算公式225*0.8=200ppm
②H2应不大于2200ppm，计算公式2750*0.8=2200ppm
③CH4应不大于920ppm，计算公式1150*0.8=920ppm ④H2S为参考值
（2）点火前，CO、H2、CH4浓度值应分别不大于200ppm、2200ppm、920ppm。任何一种气体检测超出以上值时，需重新对炉膛进行吹扫，并处理泄漏点，直至检测合格方可点火。
因焦炉煤气主要成分较为稳定和便携式CO监测报警仪较为常用两方面原因，在做测量分析时，可燃气体可只测量CO成分，点火前，CO浓度应不大于200ppm。单一CO浓度作为判断标准时，宜查看焦炉煤气全成分分析结果是否稳定。
点火分析的取样点要有代表性和一定数量（每个燃烧器附近至少1个取样点），取样点进入炉膛内，宜在燃烧器出口上方0.5s高度处。
取样与点火间隔不得超过30min，如超过此间隔，应重新取样分析。
4 煤气锅炉点火管理原则及操作要求
送煤气前必须制定引送煤气方案和安全措施。送气前要全面检查，应关闭人孔，排水器充满水保持溢流，关闭炉前烧嘴，打开末端放散管，经确认无误后方可进行下一步操作。
送煤气前，通入氮气进行管道置换，达到要求后，关闭氮气，渐开阀门开始送煤气，末端放散5～10min，从管线末端取样，经做爆发试验或含氧量分析（含氧量≤1%），三次合格后，停止放散。同时应全面检查煤气管道与设施严密无泄漏，氮气吹扫阀关闭，氮气与煤气连接设施断开。
煤氣管线引送煤气合格后，方可实施炉窑点火。
点火时，炉内系统应保证一定的负压，点火前必须监测炉膛内可燃性气体含量，确认炉膛内无可燃爆炸性混合气体，检测炉膛、炉尾CO含量，若小于200ppm，认为合格。点火程序：必须先点火后送煤气。严禁先送煤气后点火。
送煤气时不着火或着火后又熄灭，应立即关闭煤气阀门，查清原因，排净炉内混合气体，监测炉膛，确认无爆炸危险，再按规定程序重新点火。
凡强制送风的炉子，点火时应先开启鼓风机，但不送风，待点火送煤气燃着后，再逐步增大供风量和煤气量，停煤气时，应先关闭所有的烧嘴，然后再停鼓风机。
点火时，煤气压力必须在1000Pa以上，低于1000Pa，停止使用。看火人必须坚守岗位，防止煤气熄火、回火、脱火等造成事故。
参考文献
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