140 t/h 干熄焦余熱鍋爐過熱器超溫原因分析及措施

袁振峰,劉 偉,王慶豐

（安陽鋼鐵公司動力廠，河南安陽 455004）

1 前言

我公司煉焦車間7#、8#焦爐為2×55 孔6 m JN60-6 焦炭產(chǎn)量為110 萬t/a，采用干法熄焦，熄焦能力為140 t/h。干法熄焦利用惰性氣體，在密閉系統(tǒng)中將紅焦熄滅，吸收紅焦顯熱熄滅紅焦的循環(huán)氣體經(jīng)過干熄焦鍋爐后產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，用于發(fā)電，可以避免相同規(guī)模的常規(guī)燃媒鍋爐對大氣的污染，并且減少了溫室氣體的排放量，改善焦化廠區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量，環(huán)境效益顯著。同時干法熄焦提高了焦炭質(zhì)量，使焦炭M40 提高3%～8%，M10 改善0.3%～0.8%；提高了塊度的均勻性；降低了焦炭的反應性。這對降低煉鐵成本，提高生鐵產(chǎn)量極為有利。

2 干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)工藝流程

如圖1 所示，循環(huán)氣體在干熄爐1 中冷卻紅焦，吸收了紅焦顯熱的循環(huán)氣體達到920 ℃，再經(jīng)過一次除塵器2 除去粗顆粒粉焦后，通過內(nèi)襯磚墻的煙氣通道從上端水平進入鍋爐8 入口煙道。在入口煙道出口處煙氣轉(zhuǎn)過90°向下流動。煙氣首先將熱量傳遞給由前墻水冷壁拉稀而成的預置蒸發(fā)器，然后依次流經(jīng)由水冷壁包圍的高溫過熱器3、低溫過熱器4、光管蒸發(fā)器5 和鰭片管蒸發(fā)器6，鍋爐的水冷壁設計成為蒸發(fā)器系統(tǒng)的受熱面，吸收煙氣流程中的輻射放熱。隨后煙氣進入下部的高壓省煤器7 和低壓蒸發(fā)器8，最后煙氣流經(jīng)低壓省煤器9，利用煙氣的剩余熱量加熱鍋爐低壓給水。最后煙氣溫度降到135℃左右，轉(zhuǎn)過90°，沿水平方向從出口煙道進入二次除塵器11 除去細顆粒粉焦后，經(jīng)循環(huán)風機12 升壓后進入干熄爐，繼續(xù)循環(huán)冷卻紅焦。

3 過熱器超溫現(xiàn)象

實際運行中，鍋爐負荷：62 t/h，蒸汽壓力：8.83 MPa 時,在鍋爐噴水減溫水閥門全開情況下，主蒸汽溫度滿足不了汽輪機正常進汽溫度535-10+5℃，過熱蒸汽溫度達到552 ℃，過熱器超溫。主蒸汽溫度過高時，汽缸、汽閥、高壓軸封緊固件等易發(fā)生松弛，將導致設備使用壽命縮短。過熱器、主蒸汽管道、閥門、汽缸等金屬部件的機械強度將會下降，蠕變速度加快，嚴重時過熱器發(fā)生爆管。為防止主蒸汽溫度超溫，機組在實際運行中處于低負荷運行，無法達到滿負荷。

4 過熱器超溫的原因分析

圖1 140 t/h 干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)工藝流程圖

4.1 140 t/h 干熄焦鍋爐設計的循環(huán)氣體流量198800 m3/h。而實際運行中循環(huán)氣體流量在110000～120000 m3/h。從而使通過受熱面的煙氣流速降低，減弱了對流傳熱，光管蒸發(fā)器和鰭片管蒸發(fā)器吸熱量降低，蒸汽流量降低。在鍋爐入口煙氣溫度達到設計溫度920 ℃，蒸汽壓力達8.83 MPa 情況下，進入過熱器的蒸汽量卻沒有達到設計流量67 t/h，因過熱器的總吸熱量未變，蒸汽流量的減少使工質(zhì)焓升增加，造成過熱器超溫。

4.2 干熄爐的風料比是循環(huán)風量與處理量的比值，這是干熄焦鍋爐入口循環(huán)氣體溫度調(diào)整的一個重要參數(shù)，它的大小直接影響到鍋爐入口循環(huán)氣體溫度的高低。在實際運行中，干熄爐的風料比控制不穩(wěn)定，當風料比過小時，鍋爐入口循環(huán)氣體溫度超過設計溫度920 ℃，使鍋爐的進口溫度劇增，過熱器吸熱量增加，而蒸汽流量和壓力的變化滯后，過熱蒸汽的焓增提高，從而導致蒸汽溫度超過額定值。

4.3 在煉焦和熄焦過程中循環(huán)氣體內(nèi)不可避免含有H2、CO 等可燃成分，干熄焦一般采用導入空氣燃燒的方法控制循環(huán)氣體中的可燃成分，當循環(huán)氣體中H2、CO 等可燃成分的質(zhì)量濃度升高時，通過從環(huán)形煙道處導入適量的空氣，使可燃成分燃燒，以降低其含量。由于操作不當，當導入空氣量過多，造成鍋爐入口溫度急劇上升，從而造成過熱器超溫。

4.4 如圖2 所示，噴管式噴水減溫器外殼是一個聯(lián)箱，中間用隔板將聯(lián)箱分隔成兩段，前段接蒸汽引入管，后端接蒸汽引出管。前段聯(lián)箱中裝有一個文丘里縮放噴嘴，噴嘴的喉部沿四周方向均勻地開有許多φ3mm 的噴水孔，蒸汽引入聯(lián)箱后流至端部進入噴管，在噴管喉部與噴入的水接觸混合，利用高速汽流將水霧化成霧狀微細水滴后加熱蒸發(fā)，與蒸汽混合在一起，從而降低過熱蒸汽的溫度。因新安裝的鍋爐的管道或聯(lián)箱中不可避免存在大量焊渣、鐵銹等雜物，造成φ3mm 的噴水孔部分堵死，使減溫水流量達不到額定流量，噴水霧化質(zhì)量差，造成過熱器超溫。

圖2 噴管式噴水減溫器

5 技術改進措施及效果

5.1 通過干熄爐內(nèi)焦炭料位進行強制校正，使干熄爐內(nèi)焦炭的料位控制在校正料位（γ 射線料位）與上限料位之間，并保證裝焦與排焦配合恰當，逐漸提高循環(huán)風機的轉(zhuǎn)速，以提高循環(huán)氣體流量，使循環(huán)氣體流量逐漸達到198800 m3/h，從而增強對流換熱，保證蒸汽流量。

5.2 增大風料比，即在排焦量不變的情況下，適當增加循環(huán)風量，其調(diào)節(jié)時幅度不要太大，以2000～3000 m3/h 為宜；或在循環(huán)風量一定的情況下，適當減少排焦量，排焦量減少時要緩慢，每次應控制在10 t/h 以內(nèi)，盡量保持排焦量穩(wěn)定。

5.3 干熄爐裝紅焦時，以鍋爐入口溫度為主管理溫度，循環(huán)氣體的增減與鍋爐入口溫度的上升和下降相對應進行調(diào)節(jié)。當鍋爐入口溫度下降到比前一次入口溫度波動下限溫度高20～25 ℃時，可再一次裝入紅焦。在裝入的紅焦將斜道蓋住后，可開始排焦作業(yè)，排焦量控制在最小，隨著料位上升可適當增加排焦量。從而保證鍋爐入口溫度穩(wěn)定。

5.4 當鍋爐入口溫度上升過高時，通過調(diào)整圖1 中循環(huán)風機出口旁通流量管電動調(diào)節(jié)閥，直接將循環(huán)風機出口的低溫循環(huán)氣體導入干熄爐出口側(cè)的環(huán)形煙道，以抑制鍋爐入口溫度的上升趨勢。

5.5 在鍋爐點火升壓過程中，在蒸汽壓力達到3.0～4.0 MPa,關閉減溫水，將減溫水系統(tǒng)的疏水打開，使減溫器內(nèi)的蒸汽通過噴嘴喉部對φ3mm 噴水孔進行反沖洗，沖洗的蒸汽通過疏水管道排入疏水箱，從而保證減溫水流量達到額定流量，提高噴水霧化質(zhì)量。

5.6 通過以上技術改進，鍋爐運行后，過熱蒸汽溫度大幅度下降。表1 可知，鍋爐在同樣入口煙氣溫度和蒸汽壓力的情況下，技術改進后，循環(huán)氣體的流量達到了設計流量198800 m3/h，蒸汽達到設計流量67 t/h,減溫水流量由原10 t/h 減少至5 t/h，蒸汽溫度得到有效控制在530 ℃左右。

表1 技術改進前、后鍋爐參數(shù)比較表

6 結(jié)束語

干熄焦鍋爐正常生產(chǎn)中，過熱蒸汽溫度的變化都有一定的規(guī)律，其控制范圍必須符合干熄焦工藝的設計要求。對某一個參數(shù)的調(diào)節(jié)，可能會影響其他參數(shù)的波動，一般情況下從某一參數(shù)出現(xiàn)非正常的變化，可以預測干熄焦系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的變化。

因此加強對循環(huán)氣體流量及鍋爐入口煙溫監(jiān)控和管理非常重要。

[1]潘立慧.魏松波.干熄焦技術[M],北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調(diào)整[M],北京：中國電力出版社，2007.