蒸汽過熱爐改造技術及效果分析

潘焰鋒

（湖南省冶金規劃設計院有限公司，湖南長沙 410007）

引言

陽春新鋼鐵投資運營了一座6 MW汽輪機組飽和蒸汽發電站，包括一臺蒸汽過熱爐，主要回收轉爐汽化煙道產生的蒸汽，避免蒸汽浪費。蒸汽過熱爐為非標設計，其結構構造、設計的工藝都為初次應用，運行使用都靠現場摸索與細節上的優化改進，經鍋爐制造廠與設計、用戶單位的共同探討研究，對蒸汽過熱爐進行了針對性的局部改造后，現蒸汽過熱爐運行良好，停爐檢修時間大大縮減，發電站取得了良好效益。

1 蒸汽過熱爐概況

本蒸汽過熱爐為雙鍋筒縱置式半露天布置，主要用來加熱從煉鋼轉爐煙罩送過來的蒸汽，將其過熱到430 ℃。鍋爐采用雙爐膛臥式布置，一側為絕熱設計的過熱爐膛，另一側為水冷壁蒸發爐膛用來產汽，兩個爐膛煙氣在蒸汽過熱器前匯合，兩級過熱器布置在爐膛出口煙道內，兩級過熱器之后布置一套空氣預熱器，一方面用來預熱助燃空氣，另一方面降低排煙溫度提高鍋爐熱效率,工藝流程示意圖見圖1。

在轉爐正常生產時，轉爐汽化煙道可間斷地送來額定蒸汽量為30 t/h的蒸汽，當轉爐停爐檢修或有異常情況時，即在外來蒸汽不足或無外來蒸汽時，蒸汽過熱爐可自產9 t/h過熱蒸汽以給汽輪機連續供汽，保證汽輪機低負荷運轉，避免轉爐汽化煙道無蒸汽產生時汽輪發電機頻繁啟停。蒸汽過熱爐的主要工作參數如表1所示。

表1 蒸汽過熱爐主要工作參數

圖1 過熱爐工藝流程（煙風系統和汽水系統）示意圖

蒸汽過熱爐所用燃料為陽春新鋼鐵的富余高爐煤氣，燃料低位熱值3 444 kJ/m3。

2 投產后存在的問題

蒸汽過熱爐自2015年投產以來，在摸索使用過程中出現了一些需停爐處理的問題，如爐膛出口煙道膨脹節澆注料掉落、膨脹節燒損穿孔漏火、煙道混凝土澆注料垮塌、煙道燒穿等（如圖2和圖3）。

圖2 膨脹節燒損

圖3 煙道燒穿

經統計，因蒸汽過熱爐需維護檢修停機停爐的時間有：2015年17天，2016年16天，2017年14天，2018年12天。按日發電量14萬kWh計，因蒸汽過熱爐停爐檢修損失的發電量就有200多萬kWh。

不僅如此，由于蒸發爐膛煙氣直接和煙道連通，過熱爐膛的煙氣混合不均勻，導致過熱器煙道中靠近過熱爐膛一側煙溫約900 ℃，而靠近蒸發爐膛一側的煙溫只有700 ℃，出現了過熱器煙道兩側煙溫極不均勻的現象，直接導致了過熱器受熱不均，產生不平衡的應力，使過熱器壽命大大縮短。

3 改造方案

通過幾年的運行摸索，總結經驗，對蒸汽過熱爐進行了技術改造，改造前后示意圖如圖4所示。

圖4 蒸汽過熱爐改造前后示意圖

3.1 改進蒸發爐膛煙氣出口方式

蒸汽過熱爐蒸發爐膛出口煙溫500 ℃左右，而過熱爐膛是絕熱設計，其出口的煙溫1 000 ℃左右。改造前的蒸發爐膛煙氣從蒸發爐膛出來后直接抽到過熱器的煙道中，這樣導致過熱爐膛的煙氣只與靠近蒸發爐膛出口的部分煙氣混合，混合后，過熱器煙道中靠近過熱爐膛側的煙氣溫度達900 ℃以上，而靠近蒸發爐膛側的煙氣溫度只有700 ℃。為了使煙氣混合均勻，增加一套環形煙道，見圖4，使一部分蒸發煙氣從蒸發爐膛側出來和過熱煙氣混合，另一部分煙氣從對側出來和過熱爐膛煙氣混合，通過調節環形煙道兩側煙氣出口的大小使兩側煙氣混合均勻。

3.2 取消爐膛出口膨脹節

在改造前，為了應對爐膛與過熱器煙道的膨脹量，在爐膛出口設置了一個環形的膨脹節，膨脹節的內部保溫是用耐火混凝土澆筑而成，在運行中發現膨脹節位置的耐火混凝土經常掉落，從而導致膨脹節變形甚至燒損，考慮到這是由于膨脹節的膨脹量與耐火混凝土的膨脹量相差較大引起的，決定取消膨脹節，避免其在運行中燒損引起停爐。

3.3 完善爐膛與煙道的連接形式

改造前爐膛出口與煙道為焊縫硬連接，耐火混凝土直接敷在連接的鋼板上，運行中耐火混凝土經常與鋼板脫開而掉落，掉落后還引起煙道燒穿。為解決這問題，將連接形式改為“7”字型的交錯軟連接，輔以耐火纖維氈填充。這樣既保證了蒸汽過熱爐的縱向自由膨脹，又使爐膛和煙道連接處在高溫、負壓的環境下可靠密封，避免了煙道頂上的耐火澆注料掉落引起鍋爐煙道燒穿現象，引起停爐。

4 改造效果

4.1 過熱爐改造前后的運行參數分析

改造前過熱器煙道兩側煙溫相差200 ℃以上，過熱器受熱不均，汽輪機滿負荷時過熱蒸汽的溫度只能勉強達到420 ℃；改造后過熱器煙道兩側煙溫850 ℃左右，兩側溫度相差不多，過熱器受熱均勻，汽輪機滿負荷時過熱蒸汽的溫度能達到430 ℃且有余量。

4.2 改造后經濟效益分析

改造前因蒸汽過熱爐自身原因停爐檢修的時間為每年15天左右，而經過改造之后，過熱爐無需特意停爐檢修，只需在發電站其他主機計劃檢修時簡單維護即可，發電站全年的檢修時間大大縮短，汽輪發電機也未出現因進汽溫度得不到保證而降負荷運行的現象。如日發電量按14萬kWh計算，則一年可多發電210萬kWh，如電價0.5元/kWh，則一年直接經濟效益105萬元。

5 結語

該發電站蒸汽過熱爐的改造在2018年12月份得以實施，經增加環形煙道、取消膨脹節、更改爐膛和煙道的連接形式后，過熱蒸汽溫度滿足了工藝要求，全廠檢修時間大大縮短，汽輪發電機的作業率得到了提升，取得了明顯的經濟效益。