聶玉林

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院 武漢 430077）

1 鍋爐概況與主要問(wèn)題

某鋼鐵公司熱力廠3 臺(tái)中溫中壓鍋爐，與煉焦?fàn)t和高爐配套。型號(hào)為WGZ75/3.82-15，采用四角切圓燃燒方式，該爐設(shè)計(jì)燃料為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合氣，摻燒比例為85%：15%，設(shè)計(jì)給水溫度為170℃，熱風(fēng)溫度為318℃，排煙溫度為184℃，配兩級(jí)高加。

但隨著公司產(chǎn)能的調(diào)整與生產(chǎn)的發(fā)展，高爐煤氣產(chǎn)量有很大富裕，鍋爐實(shí)際上是以燒高爐煤氣為主，焦?fàn)t煤氣摻燒比例很小，使鍋爐難以維持正常運(yùn)行，一般只能帶65t/h 負(fù)荷，如果帶滿負(fù)荷運(yùn)行，即使面式減溫器進(jìn)出水管控制閥全開(kāi)，過(guò)熱器仍嚴(yán)重超溫，超溫幅度達(dá)10℃左右，該爐給水溫度通常為130℃左右，熱風(fēng)溫度約260℃～270℃。

過(guò)熱器系統(tǒng)采用混流布置，采用螺旋管式面式減溫器調(diào)溫，低溫過(guò)熱器采用φ38×3.5mm 管子，材質(zhì)20g，高溫過(guò)熱器采用φ42×3.5mm 管子，材質(zhì)為12Cr1MoV。該爐主要技術(shù)數(shù)據(jù)與運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 2#爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與運(yùn)行參數(shù)

（續(xù)表）

2 過(guò)熱器超溫問(wèn)題分析

由于用戶(hù)提供的技術(shù)資料和運(yùn)行數(shù)據(jù)不全，未能進(jìn)行相關(guān)的熱力計(jì)算。根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀況、運(yùn)行記錄和概算做出的分析如下：

1）燃料氣中高爐煤氣比例太大是過(guò)熱器超溫的主要原因。原設(shè)計(jì)是高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混燒，摻配比例按發(fā)熱量計(jì)算為85:15。由于高爐煤氣富裕，用戶(hù)要求盡量多燒，以提高企業(yè)效益，使高爐煤氣實(shí)際摻燒比例達(dá)到97.56%，高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣所含成分相差甚遠(yuǎn)，其成分應(yīng)用基分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 煤氣應(yīng)用基分析數(shù)據(jù)(%)

由表2 可見(jiàn)，焦?fàn)t煤氣主要成分是H2，CH4和其它碳?xì)浠衔?，可燃質(zhì)總量約占96%，因此發(fā)熱值高。而高爐煤氣中主要可燃?xì)怏wCO 在煤氣中所占比例僅23.2%，70%以上是CO2和N2等不可燃廢氣，其發(fā)熱值不及焦?fàn)t煤氣的1/5，因此少燒1 體積的焦?fàn)t煤氣就必須多燒5 倍以上的高爐煤氣，在相同負(fù)荷下使煙氣量大大增加，并相應(yīng)提高對(duì)流受熱面的煙速和對(duì)流換熱量，導(dǎo)致過(guò)熱器超溫。

2）給水溫度低，也是導(dǎo)致過(guò)熱器超溫的原因。原給水系統(tǒng)配兩級(jí)高加，給水溫度為170℃，實(shí)際上僅投一級(jí)甚至兩級(jí)均未投，通常給水溫度為130℃左右，最低時(shí)僅有100℃～110℃，降低給水溫度將增加給水的欠熱，要穩(wěn)定負(fù)荷就必須多燒燃料，進(jìn)而增加煙氣量，造成過(guò)熱器超溫，因此該爐通常都不能滿負(fù)荷運(yùn)行，只能降低負(fù)荷以減輕過(guò)熱器超溫的傾向。

3）熱風(fēng)260℃～270℃，較設(shè)計(jì)值（318℃）低50℃～60℃，熱風(fēng)溫度偏低會(huì)使著火延遲，爐膛出口溫度升高，增加過(guò)熱器超溫的傾向。造成熱風(fēng)溫度偏低的原因，一是由于給水溫度低，降低了空氣預(yù)熱器區(qū)間的煙溫。二是煙氣中水蒸汽含量高，煙氣中含有一定量的SO3，降低了煙氣的露點(diǎn)，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器低溫段發(fā)生嚴(yán)重的凝結(jié)腐蝕和泄漏現(xiàn)象。

4）原減溫器減溫能力不足。該爐過(guò)熱器采用混流式，高溫過(guò)熱器布置在爐膛出口高煙溫區(qū)并采用順流布置，同時(shí)在兩級(jí)過(guò)熱器中間布置螺旋管式面式減溫器，進(jìn)行汽溫調(diào)節(jié)。據(jù)查減溫器換熱面積為9.8m2，進(jìn)口冷卻水溫度為170℃，設(shè)計(jì)最大減溫能力為167.2kJ/kg（≈40kcal/kg）按減溫器內(nèi)過(guò)熱蒸汽壓力4.02MPa(41kgf/cm2)，過(guò)熱蒸汽溫度400℃計(jì)算過(guò)熱蒸汽比熱為0.23826kJ/kg，相當(dāng)溫降為70℃，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]前蘇聯(lián)《鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定減溫器工作時(shí)，需保證最大熱降可達(dá)209kJ/kg ～250.8kJ/kg 相當(dāng)溫降為88℃～106℃，原設(shè)計(jì)值偏小，在高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣摻燒比例改變以后，減溫器減溫能力不滿足調(diào)溫要求。降低冷卻水溫度（即給水溫度）將增加減溫器減溫能力，按給水溫度為100℃～110℃計(jì)算，減溫幅度大約可達(dá)90℃～100℃。

3 過(guò)熱器超溫對(duì)策

根據(jù)以上情況分析，解決WGZ75/3.82-15 型鍋爐過(guò)熱器超溫問(wèn)題，可采用如下對(duì)策：

1）增加焦?fàn)t煤氣的摻燒比例同時(shí)提高熱風(fēng)溫度和給水溫度，即恢復(fù)設(shè)計(jì)工況。這是最簡(jiǎn)單可靠的辦法，但用戶(hù)在目前狀況下難以實(shí)施，首先增加焦?fàn)t煤氣配比違背了節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)利用的企業(yè)方針。使大量高爐煤氣得不到有效利用，其次在目前的摻燒工況下，提高給水溫度將降低減溫器減溫能力，無(wú)法保證過(guò)熱器運(yùn)行的安全。由于用戶(hù)可能存在工藝系統(tǒng)和設(shè)備上的問(wèn)題，兩級(jí)高加一直難以同時(shí)投用，因此用戶(hù)要求進(jìn)行減溫器改造時(shí)仍按給水溫度104℃和170℃兩種工況進(jìn)行校核。

2）減少過(guò)熱器受熱面積。通過(guò)核算，將過(guò)熱器割去一部分受熱面，也是解決過(guò)熱器超溫問(wèn)題的有效方法，采用此法不需添加設(shè)備，施工也不受周?chē)O(shè)施的影響，但用戶(hù)擔(dān)心在起動(dòng)和低負(fù)荷工況下過(guò)熱器汽溫偏低，同時(shí)擔(dān)心切割焊口太多，施工條件惡劣，焊接質(zhì)量不能保證，可能為今后運(yùn)行留下安全隱患。

3）增加輻射受熱面。增加輻射受熱面可以提高蒸發(fā)量，降低爐膛出口煙溫，因而可以降低過(guò)熱器超溫的危險(xiǎn)。從爐膛結(jié)構(gòu)看，有可能適當(dāng)增加部分輻射受熱面，因此也可以認(rèn)為是一個(gè)行之有效的方法，但增加幅射受熱面需對(duì)爐膛進(jìn)行技術(shù)改造，工程量大，投資多，工期長(zhǎng)，用戶(hù)通常難以接受。

4）增加減溫器減溫能力。增加減溫器減溫能力，直接將過(guò)熱蒸汽溫度降下來(lái)。增加減溫器減溫能力，主要是增加減溫器的換熱面積。減溫器長(zhǎng)度受爐膛寬度限制，因而需選擇更大直徑的筒體來(lái)布置更多的受熱面。因?yàn)闇p溫器制造在制造廠進(jìn)行，質(zhì)量有保證。全部制造工作完成后，可在大修期間，與原減溫器進(jìn)行切換，因而施工快、周期短。

采用何種方案進(jìn)行技術(shù)改造，不僅要考慮能解決鍋爐運(yùn)行中暴露的主要問(wèn)題，還要考慮設(shè)備的現(xiàn)狀與施工條件，考慮用戶(hù)在投資、工期、質(zhì)量和安全等方面的控制目標(biāo)。

綜合各方面的因素，可以選擇對(duì)減溫器進(jìn)行技術(shù)改造，預(yù)計(jì)可以在20 天左右的檢修周期內(nèi)完成改造工作，并可實(shí)現(xiàn)各方面的控制目標(biāo)。

4 減溫器改造方案

仍采用面式減溫器型式，同時(shí)為了減少安裝工作量，縮短施工周期，提高鍋爐運(yùn)行的安全可靠性，方案應(yīng)滿足下列技術(shù)要求：

1）減溫器采用溫差應(yīng)力較小的盤(pán)旋管式結(jié)構(gòu)。

2）外部接口尺寸與現(xiàn)有設(shè)備一致。

3）進(jìn)行減溫系統(tǒng)水阻力計(jì)算，根據(jù)給水母管壓頭條件，考慮最大減溫能力。

4）按給水溫度為104℃和170℃兩種工況進(jìn)行減溫能力核算。

筆者根據(jù)上述要求所作的減溫器改造方案及技術(shù)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表3。減溫器筒體采用φ426×26mm，20G鍋爐管，主要接口位置和接管規(guī)格尺寸與原設(shè)備保持一致。螺旋管采用φ18×3mm，共布置螺旋管68 組，總換熱面積比原設(shè)備增加21.2%，總換熱量大約可增加20%，由于螺旋管流通截口擴(kuò)大，減溫器總阻力損失也不會(huì)因受熱面積增加而有明顯變化。

表3 減溫器改造前后結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與建議

長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)際表明，某鋼鐵公司熱力廠75t/h 煤氣鍋爐，由于燃料和設(shè)備條件發(fā)生了重大改變，出力不足，導(dǎo)致過(guò)熱器嚴(yán)重超溫的問(wèn)題，很難通過(guò)運(yùn)行調(diào)整手段加以解決，而必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造。綜合考慮設(shè)備狀況以及用戶(hù)在生產(chǎn)、安全、質(zhì)量、資金、維修周期等方面的約束性條件，筆者提出改造減溫器，提高減溫器減溫能力的方案是可兼顧各方，切實(shí)可行的。根據(jù)初步結(jié)構(gòu)計(jì)算和水阻力估算，可增加20%以上受熱面，從而解決過(guò)熱器超溫的問(wèn)題，而水阻力不會(huì)有大的增加，用戶(hù)基本同意。上述分析和建議，并在以后通過(guò)更換減溫器完成了鍋爐的技術(shù)改造，徹底解決了過(guò)熱器超溫問(wèn)題，恢復(fù)了鍋爐的正常運(yùn)行。

[1] 古爾維奇，庫(kù)茲涅佐夫.鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)[M].馬毓義.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[2] 燃油燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999.

[3] 易海清. 35t/h煤粉鍋爐綜合技術(shù)改造[J].中氮肥，2003，（02）：45-47.

[4] 李朗曾，戚光澤，汪福頤，等. 1000 噸/時(shí)直流鍋爐水動(dòng)力特性和膜態(tài)沸騰[J].鍋爐技術(shù)，1980，Z1：55.

[5] 張文勝，管海英，宋坤. SZS20-1.6/350-Y(Q)鍋爐過(guò)熱器和減溫器的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)鍋爐，2002，（01）：21-23.