干熄焦鍋爐設計時需注意的幾個問題

陳興林

摘要：干熄焦作為焦化生產的重要環節，鍋爐設計選型對生產效率、質量有著直接作用。文章通過對干熄焦鍋爐與干熄焦原理進行分析，結合鍋爐運行現狀探討具體的設計措施。

關鍵詞：干熄焦;鍋爐設計;設計問題;干熄焦鍋爐

引言

獨立焦化廠開工備用鍋爐系統負責全廠的開工用低壓蒸汽和生產時其他供汽源檢修或事故工況時的供汽（低壓蒸汽或中壓蒸汽）。開工備用鍋爐燃用天然氣、焦爐煤氣或輕柴油，運行工況為不定期短時間運行。因此，合理配置鍋爐系統、采取合理措施對排放的尾氣進行處理，既能增加企業的經濟效益，節約能源，滿足目前環保的排放要求，又可提升企業的社會效益，符合國家相關節能減排政策。

1干熄焦鍋爐相關概述

干熄焦鍋爐是一種特殊的余熱鍋爐，系單鍋筒、強制循環+自然循環水管鍋爐，爐膛為膜式水冷壁結構，其工作原理是利用吸收了紅焦顯熱的高溫循環氣體與除鹽除氧純水熱交換，產生額定參數（溫度和壓力）和品質的蒸汽，并輸送給熱用戶的一種受壓、受熱的設備。它的組成結構主要是由“鍋”“爐”和附件儀表及附屬設備構成。“鍋”即鍋爐本體部分，包括鍋筒、過熱器、蒸發器、省煤器、水冷壁、下降管、上升管和集箱等部件;“爐”由爐墻和鋼架等部分組成。我廠的干熄焦鍋爐設計參數為：最大蒸發量70t/h，額定蒸汽壓力4.52MPa，額定蒸汽溫度470℃。

2干熄焦鍋爐設計時需注意的幾個問題

由于干熄焦技術在提高焦炭強度、節能減排、減少環境污染等方面比濕法熄焦具有更顯著的優點，因此《焦化行業“十三五”發展規劃》中提出，在“十三五”時期，鋼鐵企業干熄焦裝置配置率需達到90%以上。隨著干熄焦技術的廣泛應用，業內越發重視利用干熄焦余熱高效發電。鋼鐵廠中的焦化工序在生產焦炭的過程中會產生大量的能耗，這些能耗主要分為4個部分，即高溫紅焦顯熱、焦爐上升管荒煤氣的高溫余熱、燃燒煙道廢氣的中低溫余熱和焦爐散熱。目前，對高溫紅焦顯熱進行回收的干熄焦余熱回收技術發展得最為成熟。20世紀80年代初期，中國開始采用干熄焦技術。該技術采用惰性氣體（多為N2）進行紅焦降溫冷卻，吸熱后的惰性氣體經干熄焦鍋爐進行熱交換，干熄焦鍋爐產生蒸汽，冷卻后的惰性氣體由循環風機重新鼓入干熄爐[1]。工業和信息化部印發的《鋼鐵工業調整升級規劃（2016—2020年）》）中明確要求推進綠色制造，并將高溫高壓干熄焦技術列為了重點推廣的節能減排技術。因此，干熄焦余熱回收所產蒸汽的品質在日益提高，其帶來的發電效益也備受關注。提高干熄焦余熱回收系統發電量的方法有以下幾種：第一，提高干熄焦鍋爐的蒸汽產量;第二，提高蒸汽參數，例如將干熄焦余熱鍋爐參數提高至高溫超高壓，發電效率可以提高6百分點;第三，優化循環水溫度，降低汽輪機排汽壓力，減小冷源損失，提高發電效率;第四，采用高效汽輪機，提高干熄焦余熱回收系統的發電效率。

3干熄焦鍋爐設計改善措施

3.1多余熱梯級利用方案

依據“溫度對口，梯級利用”能量利用理念，多余熱梯級利用方案可以更合理地回收煉焦過程中產生的不同品位的余熱資源。該方案利用煙道廢氣的熱量來預熱干熄焦余熱回收系統中鍋爐的給水溫度，可降低干熄焦系統中余熱鍋爐換熱時的傳熱溫差，減少有效能的損失，提高能源利用效率。具體為：首先在干熄焦余熱回收系統中使用高溫高壓的余熱鍋爐進行高溫熱量的回收;另外在整個系統中，除氧器出口的水一部分經過高壓泵加壓送入煙氣余熱回收系統，提高水溫后進入干熄焦系統中產生高溫高壓蒸汽，另一部分的水經水泵加壓后進入荒煤氣余熱回收系統產生中壓蒸汽[2]。

3.2除氧器配置的節能分析

焦化行業目前普遍采用大氣熱力式旋膜除氧器。布置方式有2種，一種為低位布置，一種為高位布置，并相應配備低位熱力除氧器和高位熱力除氧器。2種布置方式差異如下。首先，除氧器本體結構差異。目前低位熱力除氧器為組合式，除氧頭內配置了1套多功能除氧裝置，比高位布置的除氧器多2臺前置水泵。即在除氧器出水口和鍋爐給水泵進水口之間增加前置水泵，保證鍋爐給水泵進水口有一定壓力，防止鍋爐給水泵汽蝕。低位布置的除氧器比高位布置的除氧器初投資略高10萬元。其次，除氧器廠房布置差異。低位布置除氧器比高位布置除氧器的鍋爐房廠房層數少，但鍋爐房占地面積大。對于高位除氧器，需要增加除氧器的安裝高度來提高鍋爐給水泵進水口的壓力，防止鍋爐給水泵汽蝕。一般高位除氧器的鍋爐房為3層廠房，除氧器布置在10m高的平臺上。而低位布置除氧器的鍋爐房為單層廠房，除氧器布置在底層，因此配備低位除氧器的鍋爐房占地面積要大一些。低位布置除氧器比高位布置除氧器的土建投資節省40萬元。

3.3鍋爐主機選型

干熄焦鍋爐安全可靠、連續穩定運行是干熄焦裝置正常生產的關鍵。整個工程中一些焦熱力系統是由兩個部分所組成的。一個部分就是干熄焦鍋爐，第二個部分就是除氧緊張水泵站，我們根據這兩個裝置研究它們所對應的作用，以及在工程中所發揮的作用。干熄焦鍋爐，它的作用主要是降低干熄焦系統中所包含的循環氣體溫度以及這些氣體吸收的熱量，并且在這些氣體吸收的過程中，還有一些蒸汽的作用，來供給整個裝置的供熱和發電，這樣就會達到紅熱的裝置里面循環氣體可以達到熄焦時，吸收的熱量能夠得到回收的作用，所以，只要我國的技術在干熄焦鍋爐的應用中不斷地發展，這些干熄焦鍋爐的壓力等級可以分為兩個層次，一個是中級的，一個是高級的。蒸汽用于純凝機組電發電時，這些高中專業的中介比較多，給鍋爐業的水泵壓力增大的也很多，在同等規模的條件下，一次性投資比較大。

3.4做好防腐設計

在停爐檢修時，對二次過熱器爐管進行了全部更換，重新選擇了耐蝕性能較好的管材321H，是一種具有高強度、高抗氧化性、高抗晶界腐蝕性的奧氏體不銹鋼，可以延長過熱器爐管的使用壽命，減少高溫氧化和高溫硫腐蝕對爐管的危害。同時，要求在每次停爐檢查時，跟蹤管壁腐蝕情況，定期測厚，發現異常及時換管，發現管壁表面有沉積的腐蝕產物時要及時清除[3]。

3.5開工備用鍋爐的燃料種類

首先，純開工用鍋爐燃用天然氣、焦爐煤氣或輕柴油。當周邊有城市天然氣管網、天然氣或焦爐煤氣企業可以供氣時，一般開工鍋爐燃用天然氣或焦爐煤氣為首選;當周圍沒有天然氣或焦爐煤氣供應時，一般可購買天然氣罐作為開工鍋爐的燃料;若購買天然氣罐也不方便時，則選擇輕柴油為開工鍋爐的燃料。此時鍋爐燃燒系統配備煤氣及輕柴油2種燃燒器或煤氣及天然氣2種燃燒器，同時配備點火程序控制和熄火保護裝置、煤氣過濾器、鼓風機等。其次，備用鍋爐燃用焦爐煤氣。企業生產焦爐煤氣后，可直接用焦爐煤氣作為備用鍋爐的燃料。此時鍋爐燃燒系統配備煤氣燃燒器，同時配備點火程序控制和熄火保護裝置、煤氣過濾器、鼓風機、煤氣加熱器等。

結語

綜上所述，在提高干熄焦余熱回收系統發電量的多種方法中，采用高轉速汽輪發電機這一途徑是最簡單易行的。高轉速汽輪發電機組的技術成熟，重視干熄焦鍋爐設計的優化能夠提高鍋爐運行效率，實現企業經濟價值的最大化。

參考文獻

[1]徐榮廣，鐘凱，周繼良，等.干熄焦爐熱震損毀機理分析[J].中國冶金，2018，28（12）：7.

[2]薛立民，范正赟，朱長軍，等.260t/h大型干熄焦爐環形煙道內墻應力場[J].鋼鐵，2019，54（1）：96.

[3]劉家煒.三鋼南區鍋爐管道腐蝕、燒嘴堵塞原因分析及對策[J].福建冶金，2018（1）：56-59.